De evolutie en toekomst van autostaal: Van antiek ambacht naar moderne technologie

Inleiding: Het belang van autostaal

Het gebruik van staal voor het maken van auto's is basale algemene kennis voor moderne mensen. Toch blijft het inzicht in autostaal bij veel mensen beperkt tot stilstaan laag-koolstofstaal. Hoewel beide vormen van staal zijn, is modern autostaal vele malen veel beter dan dat van tientallen jaren geleden. In de afgelopen jaren is er grote vooruitgang geboekt in het onderzoek naar autostaal. tegenwoordig zijn de stalen carrosserieplaten steeds dunner en dunner , terwijl de sterkte en corrosiebestendigheid van het staal sterk zijn verbeterd verbeterd veel. Om teller de impact van nieuwe materialen tegen te gaan, werken veel staalbedrijven actief samen met voertuig bedrijven om lichtgewicht, hoogwaardige staal te ontwikkelen dat kAN concurreren met aluminiumlegering, kunststof en koolstofvezelversterkte composieten.

IJzer- en staalsmelterij

1. De ongedefinieerde term: 'Hoogwaardig staal'

Op de moderne auto-industrie claimen veel merken gebruik te maken van 'hoogwaardig staal', maar deze term kent geen uniforme industrienorm. Naarmate de staaltechnologie zich ontwikkelt, veranderen ook de sterktedrempels die bij dit label horen. De situatie is vergelijkbaar met automodellen die op de markt worden gebracht als 'Nieuw', 'Volledig nieuw' of 'Volgende generatie'-versies. Marketingafdelingen classificeren vaak staal boven 300 MPa als 'hoogwaardig', hoewel verschillende soorten staal onder deze noemer toch een sterkteverschil kunnen hebben van wel 100%.

Om het onderwerp autostaal helderder te maken, moeten we eerst de historische ontwikkeling ervan begrijpen.

Staalontwikkeling in China

Van brons naar ijzer: Chinese innovatie

Staal heeft een lange geschiedenis die teruggaat tot de tijdperken van Lente en Herfst en de Oorlogende Staten in China (circa 770-210 v.Chr.). Op dat moment was brons het overheersende metaal, maar was te bros voor duurzame gereedschappen of wapens. Chinese ingenieurs uit de oudheid begonnen het smidsproces te gebruiken om zacht, blok-vormig ijzer te produceren. Hoewel ijzeren gereedschappen destijds beperkte voordelen hadden ten opzichte van brons, legden zij de basis voor latere metallurgische doorbraken.

Vooruitgang tijdens de Han-dynastie

Tijdens de Han-dynastie (202 v.Chr.-220 n.Chr.) verhieven blaasbalgen verbeterde smeltovens de smelttemperaturen, en carburisatie-technologie werd ontwikkeld om de hardheid te controleren. Het "roer-gietproces" stelde metallurgisten in staat om gesmolten ijzer in converters te roeren en legeringselementen toe te voegen. Gecombineerd met vouw- en smeedtechnieken om onzuiverheden te verwijderen, maakten deze methoden hoogwaardig ijzer mogelijk dat voornamelijk werd gebruikt in wapens. Bij opgravingen van Han-graven worden dergelijke wapens vaak aangetroffen, wat wijst op wijdverspreide toepassing.

Meesterschap in de Tang-dynastie

Tijdens de Tang-dynastie (618–907 na Christus) konden smeden het koolstofgehalte in ijzeren producten beheersen en staal produceren met 0,5–0,6% koolstof — de moderne definitie van staal. Technieken zoals het 'sandwich-blad' werden ontwikkeld om zowel hardheid als taaiheid te optimaliseren.

ijzeren sabels met jade gevest

De ijzeren wapens op de afbeelding zijn ijzeren zwaarden met jade gevest uit het oude China. Dit laat zien dat de smelttechnologie destijds al geavanceerd was. IJzeren wapens werden breed gebruikt. Er waren ook verschillende typen zoals ijzeren messen, ji, speren en pijlen. IJzer had brons volledig vervangen, en de mensheid trad de IJzertijd binnen.

stalen messen gebruikt voor de Tang-dynastie y

Tijdens de Tang-dynastie in China veranderden de smelt- en smeedtechnieken niet duidelijk . Echter, via opgespaarde ervaring konden smeden het koolstofgehalte in ijzerproducten toch beheersen. Het koolstofgehalte van de representatieve Tang-messen bedroeg ongeveer 0,5% tot 0,6%, wat binnen het bereik van staal valt.

In de staalproductie van tegenwoordig blijft koolstofgehalte beheren nog steeds fundamenteel. Door het aan te passen op basis van het beoogde gebruik, kan de taaiheid en hardheid van staal worden gecontroleerd. Om messen met beide eigenschappen te maken, ontwierpen vroegere volkeren technieken zoals beplaten en sandwichstaal. Deze technieken echter vallen buiten de scope van dit artikel.

(De eerste industriële revolutie )

De eerste industriële revolutie

De eerste industriële revolutie zetten de verschuiving naar geïndustrialiseerde ijzerproductie. De eerste grote sprong in de menselijke vraag naar staal vond plaats tijdens de industriële revolutie. De uitvinding van de stoommachine bevrijdde de mensheid voor het eerst van zware handenarbeid en productie met behulp van dieren, en door brandstof aangedreven machines verhieven het arbeidsproductiviteit van mensen naar een veel hoger niveau.

Britse textielfabrieken waren afhankelijk van stoommachines en weefgetouwen gemaakt van staal

(stoomlocomotief )

Stoomlocomotieven waren ook grote consumenten van staal, samen met de bijbehorende spoorrails. In brits textielfabrieken, groepen vrouwen die bedienden was dat in plaats daarvan via luidruchtige stalen machines. Over het Europese vasteland werden ijzeren sporen aangelegd. Stoomlocomotieven begonnen de de paardentram als belangrijkste transportmiddel te vervangen gereedschap. Sindsdien zijn mensen niet meer zonder staal in staat te leven, en de vraag is dag na dag toegenomen.

(De eerste productielijn van Ford Motor tijdens de Tweede Industriële Revolutie)

 De Tweede Industriële Revolutie koppelde automobielen aan staal  materiaal .

(Xiaomi 's Nieuw uitgebrachte SUV: YU7)

Momenteel worden sommige high-end auto's nog steeds gemaakt door staal. Tijdens de Tweede Industriële Revolutie, toen automobielen opdoken, maakte de staalindustrie een nieuwe fase van vooruitgang door. Sindsdien zijn deze twee sectoren nauw verbonden gebleven. Hoewel moderne auto's er tegenwoordig niet meer uitzien als de "Mercedes-Benz nr. 1", wordt staal nog steeds veel gebruikt bij hun productie, ook in sommige supersportwagens.

Sterkteklassen van autostaal  

Hoe hoogwaardig staal daadwerkelijk wordt gebruikt in moderne carrosserietypes

In moderne voertuigen wordt de carrosserie gebouwd door het lassen van stalen platen met verschillende sterkten . Ingenieurs kiezen de juiste staalsoort op basis van de belastingsniveaus die elk onderdeel van de structuur moet weerstaan. In gebieden met hoge belasting - waar het gebruik van dikker staal niet haalbaar is - ultrahoge-sterktestaal wordt toegepast. Zoals het gezegde luidt: "Gebruik het beste staal daar waar het het meest nodig is."

Staalsterkte-diagrammen van de carrosserie: Wat wordt weergegeven en wat niet

Hoewel veel automobiele fabrikanten beweren dat zij hoogwaardig staal gebruiken, zijn er maar weinig transparant over de exacte materialen die worden gebruikt. Sommige merken publiceren wel structuurdiagrammen van de voertuigcarrosserie , maar de meeste van deze diagrammen geven alleen de algemene delen weer waar sterkere staal wordt toegepast, zonder specificatie van exacte treksterkte waarden . Bekende merken met sterke R&D-mogelijkheden zijn vaak nog terughoudender met het delen van dergelijke technische gegevens.

Inzicht in de Terminologie

In Japan en Zuid-Korea wordt hoogwaardig staal doorgaans aangeduid als "high-tension steel. " De sterkte van staal wordt meestal gemeten in MPa (megapascal) . Voor een indruk van de schaal: 1 MPa komt overeen met een kracht van 10 kilogram (ongeveer het gewicht van twee watermeloenen) die op een oppervlakte van slechts 1 vierkante centimeter wordt uitgeoefend, zonder dat het materiaal vervormt.

Strategische toepassing, geen volledige bedekking

Door het analyseren van lichaamsstructuurdiagrammen is duidelijk dat ultrahoge-sterktestaal (bijv. 1000 MPa of meer) wordt alleen gebruikt in specifieke componenten - zoals anti-botsingsbalken en kritieke versterkingszones . Het grootste deel van het lichaam is nog steeds gemaakt van staal met lage of gemiddelde sterkte , wat gemakkelijker te vormen is en kostenefficiënter. Deze selectieve toepassing is gebaseerd op zowel functionele behoeften als productiebeperkingen .

Laat u niet misleiden door marketing slogans

Wanneer u termen tegenkomt als "Ons voertuiglichaam gebruikt 1000 MPa-klasse hoogwaardevast staal," het is belangrijk om ze nauwkeurig te interpreteren. Dit betekent niet dat het hele lichaam uit zulke geavanceerde materialen is gemaakt. In de meeste gevallen bereiken alleen gelokaliseerde delen, zoals de deurimpactbalken —mogelijk dat sterkteniveau. De rest van de lichaamsstructuur gebruikt doorgaans een mix van materialen die is ontworpen voor een balans tussen veiligheid, kosten en fabricagegemak.

 3, nieuwe staalsoorten geschikt voor het zetten

Zetten is de belangrijkste methode voor carrosserieproductie.
Carrosseriedelen die zich na het vormgeven nog op de matrijs bevinden

De toename van de materiaalsterkte brengt het probleem van moeilijke bewerking met zich mee. De meeste personenauto's worden geproduceerd door te ponsen, oftewel het vormgeven van materialen met behulp van stempels — vergelijkbaar met het vormgeven van Play-Doh. Echter, door de hogere sterkte van autostaalplaten zijn de eisen voor het ponsproces strenger geworden. Bovendien zijn er veel diepgetrokken onderdelen, waardoor het materiaal gevoelig is voor scheuren en kreukels. Bijvoorbeeld zijn de hoeken het meest gevoelig voor "dode hoeken" tijdens het ponsen, waar doorgaans scheuringen en kreukelvorming optreden. Dit duidt ook op het feit dat bij het ponsen van staalplaten altijd problemen kunnen ontstaan zoals uitrekking en wrijving tegen de stempel. Deze factoren zullen leiden tot defecten in de geponceerde onderdelen als gevolg van interne spanningen of oppervladeschade.

(autobody structuurstaal)

Dikteverdeling van platen  

Om de bovenstaande situaties te voorkomen, moeten fabrikanten de vervorming van stalen platen tijdens het stampen bestuderen om scheuren te voorkomen. Er is echter altijd een tegenstrijdigheid: hoe hoger de sterkte van de stalen plaat .Het zijpaneel is het grootste stamppart van het gehele voertuig en ook iS het moeilijkst te vormen component. Fabrikanten zullen daarom de inwendige spanning van de stalen plaat tijdens het stampen bestuderen om opgehoopte inwendige spanningen zoveel mogelijk te elimineren. Tegelijkertijd kan het bestuderen van de dikte van grote stamppartijen onthullen welke delen van de stalen plaat ernstig worden uitgerekt en welke stamptiepte ervoor zorgt dat de stalen plaat niet scheurt.

Nieuw type staal kan het probleem van stansen en moeilijke bewerking oplossen dat wordt veroorzaakt door de hoge materiaalsterkte. Om het stansprobleem van hoogsterk staal fundamenteel op te lossen, wordt een nieuw type staal toegepast bij de productie van auto-carrosserieën. De matrix van dit staal is ferriet met goede zachte en taai eigenschappen, waarin martensiet met goede hardheid is ingebed. Het is gemakkelijker te vormen tijdens het stansen, en het gevormde materiaal heeft aanzienlijke sterkte.

(Automotive A-stijl plaatmetalen onderdelen )

Sommige warmtebehandelde hoogsterke constructie-onderdelen

Voor posities zoals de B-stijl die speciaal versterking nodig hebben, gebruiken sommige fabrikanten een warmtebehandelingsproces. De gevormde B-stijl wordt verwarmd en gekwetst om de interne kristalstructuur van het staal perfecter te maken. Dit lijkt op het proces van vormgeven met klei en vervolgens verwarmen om te verharden bij porseleinproductie. Over het algemeen zijn deze warmtebehandelde onderdelen vaak zwart van kleur.

3.Corrosieweerstand van autostalen

(Staalcoils voor de auto-industrie )

Automobielen worden vervaardigd uit laaggelegeerd staal.

Momenteel valt autostaal onder de categorie van laaggelegeerd staal, wat een tak van staal is. Het grootste deel van dit staal bestaat uit ijzer, met slechts een klein percentage legeringselementen, zoals koolstof, silicium, fosfor, koper, mangaan, chroom, nikkel, enzovoort. Het gehalte aan deze legeringselementen overschrijdt niet 2,5%.

Lage-gelegeerde stalen vertonen uitstekende verwerkingsprestaties en sterkte, terwijl ze ook goede corrosiebestendigheid bezitten. Gewoon laag-koolstofstaal vormt in natuurlijke omstandigheden een roodbruine oxide-laag, die zeer los is en algemeen bekend staat als roest. In tegenstelling hiermee genereren lage-gelegeerde stalen een bruine, dichte oxide-laag die stevig aan het staaloppervlak hecht en fungeert als een barrière die verdere erosie van het interne staal door de externe omgeving voorkomt. Dit anti-roest mechanisme is gedeeltelijk vergelijkbaar met dat van aluminiumlegeringen en zinklegeringen, behalve dat het meerdere jaren duurt voordat lage-gelegeerde stalen een stabiele beschermende roestlaag ontwikkelen, waarbij de kleur van de roestlaag overgaat van lichtgeel naar bruin, terwijl aluminiumlegeringen vrijwel onmiddellijk een beschermende oxide-laag vormen.

Weerstandsstaal wordt vaak blootgesteld gebruikt op gevels van gebouwen

Weersstaal ontwikkelt een speciaal artistiek effect na het vormen van een roestlaag, waardoor het een bouwmateriaal wordt dat sterk gewaardeerd wordt door moderne designers.

Vanwege deze eigenschap staat laaggelegeerd staal ook bekend als weersstaal (roestbestendig staal). Weersstaal wordt doorgaans gebruikt voor de fabricage van voertuigen, schepen, bruggen, containers, enz., waarbij de oppervlakken meestal geverfd zijn. In architectonische toepassingen echter, is er een voorkeur voor het gebruik van onbedekt weersstaal, omdat het geen last heeft van volledige roesting wanneer het onbedekt blijft. Bovendien creëert de bruine roestlaag die het vormt een uniek artistiek effect, waardoor gelaste platen van weersstaal vaak worden gebruikt voor de gevels van bijzondere gebouwen.

Dankzij de verbetering van de staaleigenschappen worden automobielfabrikanten steeds laks in hun antiroestbehandelingen.

Wat betreft automobielen gebruiken veel fabrikanten tegenwoordig minder chassislak, in lekentermen vaak bekend als "chassiswapen". Het chassis van veel nieuwe auto's toont direct de stalen platen, die alleen zijn voorzien van de oorspronkelijke fabrieksprimer en kleurverf die overeenkomt met de exterieurkleur. Dit duidt erop dat deze voertuigen tijdens de productie alleen worden onderworpen aan elektroforetische grondlaagbehandeling en lakproces. Alleen het spatgebied achter de voorwielen heeft een dunne laag zachte rubbercoating, die verhindert dat grind door de wielen wordt opgeschopt en zo het chassismetel beschadigt. Deze veranderingen lijken te reflecteren dat fabrikanten vertrouwen hebben in de corrosiebestendigheid van hun producten.

(Chassiswapen )

Xiaomi SU7 chassisbeschermplaat

Gespecialiseerde ondernemingen installeren kunststof chassisbeschermplaten.

Onder de beschermplaten bevinden zich nog steeds stalen platen die slechts een eenvoudige behandeling hebben ondergaan. Sommige zorgvuldige fabrikanten monteren kunststof beschermplaten op het chassis. Deze platen kunnen niet alleen het chassistensiel afschermen van grindinslagen, maar ook de luchtstroom onder het chassis ordenen. Onder deze kunststof beschermplaten heeft het chassistensiel slechts één laag primer.

Autotensiel wordt niet willekeurig gebruikt. Beslissingen van zakenlieden om kosten te besparen leiden vaak tot het opofferen van grote voordelen voor kleine besparingen, en technici kunnen de baas niet overrulen.

Voor elk regel is er een uitzondering, en uitzonderingen komen vaak voor in China. Een paar jaar geleden gebruikte een nieuw opgerichte binnenlandse automerk laag-koolstofstaal voor de productie van auto's, wat ertoe leidde dat het chassis binnen twee jaar volledig roestte - en dergelijke gevallen zijn recent opnieuw bovengekomen. Soms zijn beslissingen die leiders uit het niets nemen echt verontrustend. Wanneer zakenlieden zich mengen in technische discussies, zijn de resultaten altijd onvoorspelbaar.

De Toekomst van Autostalen

Momenteel is de dikte van autostalen platen teruggebracht tot 0,6 mm, wat volgens mij de grens van de staaldikte heeft bereikt. Als de plaat dunner is, zal deze, zelfs met hoge sterkte, de inherente structurele stabiliteit van het materiaal verliezen. Stalen autoplanken staan nu voor toenemende uitdagingen door nieuwe materialen. Het atoomgewicht van ijzer bepaalt dat de dichtheid niet kan worden veranderd, en het pad van gewichtsreductie via vermindering van de dikte lijkt op een dood spoor te zijn beland. Aluminiumlegeringen worden momenteel steeds vaker gebruikt in luxe voertuigen. Volledig aluminium SUV's, evenals de 5-serie en A6 waarbij aluminium wordt gebruikt voor de voorste structuren, wijzen allemaal op deze trend.