Evolucija i budućnost automobilske čelika: od drevne obrade do moderne tehnike

Uvod: Značaj automobilske čelika

Upotreba čelika za proizvodnju automobili je osnovni smisao za savremene ljude. Međutim, mnogo razumevanja o automobilskom čeliku još uvek staje na niskougljeničnom čeliku. Iako su oba čelika, savremeni automobilski čelik je znatno bolji značajno od onog pre nekoliko decenija. Tokom godina, istraživanja na polju automobilske čelika su postigla veliki napredak. Danas su limovi automobilske čelika sve tanji i tanji , a jačina i otpornost čelika na koroziju su se poboljšale unapredjen много. На kounter утицај нових материјала, многа челична предузећа активно раде са vozilo предузећима да развијају лаган челик високе чврстоће da cAN utiče na алуминијумске легуре, пластике и композити армирани једрењачким влакнима.

Ливница гвожђа и челика

1. Недефинисан појам: „Челик високе чврстоће“

На модерном аутомобилском тржишту, многа белеша тврде да користе „челик високе чврстоће“, али овај појам нема унифицирани индустријски стандард. Са развојем технологије челика, промениле су се и границе чврстоће повезане са овим називом. Слична ситуација је код модела аутомобила који се наводе као „Нови“, „Потпуно нови“ или „Наследник“. Одсек за маркетинг често сврстава челик изнад 300 MPa у категорију „челика високе чврстоће“, иако челици под истим називом могу имати варијације у чврстоћи до 100%.

Да бисмо разјаснили тему аутомобилског челика, прво морамо да разумемо његов историјски развој.

Развој челика у Кини

Од бронзе до гвожђа: кинеска иновација

Čelik ima dugu istoriju koja seže u period proljetne i jesenske i ratujućih država u Kini (otprilike 770–210. p.n.e.). U to vreme, bronza je bila glavni metal, ali je bila prekrhka za izradu trajnih alata ili oružja. Antički kineski inženjeri počeli su koristiti tehnologiju proizvodnje gvožđa u pećima koje su davale meko, blokasto gvožđe. Iako su alati od gvožđa tada imali ograničene prednosti u poređenju s bronzo, oni su postavili temelje kasnijim metalurškim dostignućima.

Napredak u doba dinastije Han

Tokom dinastije Han (202. p.n.e.–220. n.e.), hladnjaci unapređeni mehom podizali su temperature topljenja, a razvijena je tehnologija cementacije za kontrolu tvrdoće. "Proces mešanja od livenog gvožđa" omogućio je metalurzima da mešaju rastopljeni čelik u konvertorima i dodaju legirajuće elemente. Zajedno sa tehnikama savijanja i kovanja za uklanjanje nečistoća, ove metode stvorile su visokokvalitetno gvožđe koje se uglavnom koristilo za oružje. Orao koji se nalazi u iskopanim grobnicama iz doba Hana često sadrži takvo oružje, što ukazuje na široku upotrebu.

Vladavina u doba dinastije Tang

Već u doba dinastije Tang (618–907. godine nove ere), kovači su mogli da kontrolišu sadržaj ugljenika u proizvodima od gvožđa, proizvodeći čelik sa 0,5–0,6% ugljenika – što je moderna definicija čelika. Razvijene su tehnike poput sendvič strukture oštrice kako bi se optimizovala tvrdoća i žilavost.

gvozdene sa drškom od jade

Gvozdene ratne mačeve na slici su gvozdene mačeve sa drškom od jade iz drevnog Kine. To pokazuje da je tehnologija topljenja bila napredna u tom vremenu. Gvozdene ratne mačeve su bile široko rasprostranjene. Postojale su i različite vrste kao što su noževi od gvožđa, ji, koplja i strelice. Gvožđe je potpuno zamenilo bronzu, a ljudsko društvo je stupilo u gvozdeno doba.

čelični noževi koji se koriste za dinastiju Tang y

Tokom dinastije Tang u Kini, tehnike topljenja i kovanja nisu se promenile očigledno . Međutim, kroz nakupljeni iskustva, kovači su uspeli da kontrolišu sadržaj ugljenika u gvozdanim proizvodima. Sadržaj ugljenika na primerima tang noževa bio je približno između 0,5% i 0,6%, što spada u opseg čelika.

U proizvodnji čelika danas, kontrola sadržaja ugljenika i dalje je osnovna. Prilagođavanjem prema nameni može se prilagoditi žilavost i tvrdoća čelika. Kako bi napravili sečiva koja imaju obe osobine, stari ljudi su izumeli tehnike poput prevlačenja i slaganja čelika. Međutim, to je van opsega ovog članka.

(Prva industrijska revolucija )

Prva industrijska revolucija

Prva industrijska revolucija ставити premještanje proizvodnje gvožđa ka industrializaciji. Prvi skok u ljudskom traženju čelika došao je tokom industrijske revolucije. Izum parnog motora oslobodio je čovečanstvo od teškog ručnog rada i proizvodnje pokretane snagom životinja po prvi put, a mašine koje rade na gorivo podigli su ljudsku produktivnost na znatno viši nivo.

Britanske tekstilne fabrike su se oslanjale na parne motore i tkaoničke okvire napravljene od čelika

(parni lokomotiv )

Parni lokomotivi su takođe bili veliki potrošači čelika, zajedno sa pratećim železničkim šinama. U britanski tekstilnim fabricama, grupe žena koje rade na bilo je umesto бучне челичне машине. По европском континенту, почео је изградња железничких линија од гвожђа. Парни локомотиви су почеле да замењују sistem za коњска возила као главни превоз алати. Од тада, људи нису могли да живе без челика, а тражња је све већа из дана у дан.

(Прва трака састављања Фордовог мотора током Друге индустријске револуције)

 Друга индустријска револуција повезала је аутомобиле са челиком  материјал .

(Ксиаоми 'ново испоручен СУВ: ЈУ7)

Сада, нека високоперформантна кола и даље се праве од челик. Током Друге индустријске револуције, када су се појавили аутомобили, индустрија челика напредовала је на нови ниво. Од тада, ове две области су биле блиско повезане. Иако модерни аутомобили више не подсећају на „Мерцедес-Бенц број 1“, челик се и даље широко користи у њиховој производњи, укључујући неке спортске аутомобиле.

Категорије чврстоће аутомобилског челика  

Како се заправо користи високочврсти челик у модерним тулама аутомобила

У модерним возилима, купато се израђује тако што се заварују челичне плоче различитих чврстоћа . Инжењери бирају одговарајући степен челика на основу нивоа напетости које је предвиђено да сваки део конструкције може да издржи. У областима са великим оптерећењем – где коришћење дебљег челика није изводљиво – користи се челик веома високе чврстоће . Као што каже пословица, „Најбољи челик употребите тамо где је највише потребан."

Графикони чврстоће купата: Шта приказују, а шта не

Док многи произвођачи аутомобила тврде да користе high-strength steel , само неки су прозирни у погледу тачних материјала које користе. Неке марке објављују дијаграме структуре купата возила , али већина ових табела истиче само опште делове где се користи јачи челик, без навођења конкретних вредности чврстоће при затезању . Познате марке са јаким способностима у истраживању и развоју често су још резервисаније када је у питању дељење таквих техничких података.

Разумевање терминологије

У Јапану и Јужној Кореји, челик високе чврстоће често се назива „челик под високим притиском.“ Чврстина челика се обично мери у МПа (мегапаскалима) . Да бисте имали представу о размери: 1 МПа једнак је сили од 10 килограма (отприлике тежини две кајсије) која делује на површину од свега 1 квадратни центиметар, без узроковања деформације материјала.

Стратегијска примена, а не потпуно прекривање

Анализирајући дијаграме структуре трупа возила, јасно је да се челик веома високе чврстоће (нпр., 1000 MPa или више) користи само у одређеним компонентама — као што су противударне греде и критичне зоне за појачање . Већина трупа је и даље направљена од челика нижег или средњег отпора , који је лакши за обраду и ефтинији. Овакво селективно коришћење засновано је и на функционалним захтевима и ограничењима у производњи .

Немојте се препустити маркетиншким слоганима

Када наиђете на фразе попут "Труп нашег возила користи челик високе чврстоће класе 1000 MPa," важно је да се тачно протумаче. То не значи да је целокупно возило направљено од таквог напредног материјала. У већини случајева, само локални делови – као што су греде за утисак на вратима – могу достићи тај ниво чврстоће. Остатак конструкције трупа обично користи комбинацију материјала који су пројектовани тако да постоји баланс између безбедности, цене и могућности производње.

 3, нови челични материјали погодни за угаљивање

Угаљивање је главна метода за производњу трупа возила.
Делови трупа који остају на алату након формирања угаљивањем

Povećanje čvrstoće materijala dovodi do problema sa obradom. Većina putničkih automobila proizvodi se metodom dubokog vučenja, odnosno korišćenjem matrica za presovanje materijala u traženi oblik – slično kao modelovanje plastelina. Sada, sa većom čvrstoćom automobilskih čeličnih limova, zahtevi prema procesima presovanja su strožiji. Osim toga, postoji mnogo duboko vučenih delova, što čini materijal sklonim pucanju i naborima. Na primer, uglovi su najpodložniji tzv. "mrtvim tačkama" tokom presovanja, gde se najčešće javljaju kidanja i nabiranja. To takođe ukazuje na to da prilikom presovanja čeličnih limova uvek postoje problemi poput istezanja i trenja o matricu. To može izazvati greške na presovanim delovima usled unutrašnjeg napona ili oštećenja površine.

(konstrukcioni čelik za karoseriju automobila)

Raspodela tanjenja limova  

Kako bi se izbegle gore navedene situacije, proizvođači moraju proučiti deformaciju čeličnih limova tokom utiskivanja kako bi spremili kidanje. Međutim, uvek postoji protivrečnost da što je veća čvrstoća čeličnog lima .Bočna ploča je najveći deo koji se utiska kod celokupne vozila i takođe jeste najteži deo za oblikovanje. Stoga će proizvođači proučavati unutrašnji napon čeličnog lima tokom utiskivanja kako bi po mogućstvu više smanjili nakupljeni unutrašnji napon. U međuvremenu, proučavanje debljine velikih delova koji se utiskuju može pokazati koji delovi čeličnog lima su jako istegnuti i koja dubina utiskivanja može osigurati da čelični lim ne puca.

Челик новог типа може решити проблем који настаје услед изузетно високе чврстоће материјала, као што су тешкоће у процесима обраде и формирања. Да би се фундаментално решио проблем формирања високо-чврстог челика, челик новог типа користи се за производњу аутомобилских карикоса. Матрица овог челика је феритна, са добром дуктилношћу и жилавошћу, у којој су уграђене мартензитне фазе које имају добру тврдоћу. Лакше се формира током процеса финосилања, а завршни производ има значајну отпорност.

(Лимени делови A-стуба возила )

Неки структурни компоненти од високо-чврстог челика који су термички обрађени

За позиције као што је B-стуб који захтева посебно појачање, неки произвођачи користе процес термичке обраде. Формирани B-стуб се загрева и хлади ради побољшања унутрашње кристалне структуре челика. То подсећа на процес лепљења глине и затим загревања да би се фиксирао облик при производњи порцелана. Углавном, делови који су термички обрађени често имају црну боју.

3.Отпорност аутомобилских челика на корозију

(Čelične trake za proizvodnju automobila )

Automobili se proizvode od niskolegiranih čelika.

Trenutno, automobilski čelik spada u kategoriju niskolegiranih čelika, što je grana čelika. Većinu ovog čelika čine gvožđe elementi, dok samo mali deo čine legirajući elementi, poput ugljenika, silicijuma, fosfora, bakra, manganova, hroma, nikla itd. Sadržaj ovih legirajućih elemenata ne prelazi 2,5%.

Ниско легирани челици имају изузетна обрадива својства и отпорност, али такође поседују добру отпорност према корозији. Обични нискоугљенични челик у природним условима формира црвенкасто-браун слој оксида који је веома растурен и познат као рђа. Насупрот томе, ниско легирани челици стварају браун, густ слој оксида који се чврсто везује за површину челика, делујући као баријера и спречавајући даљње оштећење унутрашњег челика од стране спољашње средине. Механизам против рђе је донекле сличан алуминијумским и цинковим легурама, осим што ниско легираним челицима треба некох година да развију стабилни заштитни слој рђе, при чему боја слоја рђе прелази из светло жуте у браун, док алуминијумске легуре формирају заштитни слој рђе скоро моментално.

Челик отпоран на временске услове често се користи отворено на фасадама зграда

Челик отпоран на временске прилике стиче специјалан уметнички ефекат након формирања слоја рђе, чиме постаје грађевински материјал који високо цene авангардни дизајнери.

Због ове карактеристике, нисколегирани челик је познат и као челик отпоран на временске прилике (челик отпоран на корозију од атмосферских прилика). Челик отпоран на временске прилике се обично користи за производњу возила, бродова, мостова, контејнера итд., а њихове површине су обично фарбане. Међутим, у архитектонском декорисању, постоји нагласак на коришћењу челика отпорног на временске прилике без заштите, јер не долази до пробијања рђом када је изложен. Штавише, браон слој рђе који формира ствара јединствен уметнички ефекат, чиме заварене плоче од челика отпорног на временске прилике често постају избор за фасаде специјалних зграда.

Због побољшања својстава челика, произвођачи аутомобила постају све небржљивији у третманима заштите од рђе.

Kada je u pitanju automobilska industrija, mnogi proizvođači danas koriste manje prevlaka od gume na šasiji, koje su u svakodnevnom govoru poznate kao „oklop šasije“. Kod mnogih novih automobila šasija direktno pokazuje čelične limove koji imaju samo originalnu fabričku grund boju i boju karoserije. To znači da su ove vozile tokom proizvodnje prošle samo kroz proces elektroforetskog grundiranja i farbanja. Samo površina iza prednjih točkova ima tanki sloj mekog gumenog premaza koji sprečava da šljunak, koji se podiže kretanjem točkova, udara u čelik šasije. Ove promene deluju kao indikacija samopouzdanja proizvođača u otpornost svojih proizvoda na koroziju.

(Oklop šasije )

Ploča za zaštitu šasije Xiaomi SU7

Napredne kompanije postavljaju plastične ploče za zaštitu šasije.

Ispod zaštitnih ploča i dalje postoje čelični limovi koji su prošli samo jednostavnu obradu. Neki precizni proizvođači ugrađuju plastične zaštitne ploče na šasiju. Ove ploče ne mogu samo da izoluju čelik šasije od udara kamenja, već i da uredno usmere vazdušni tok ispod vozila. Ispod ovih plastičnih zaštitnih ploča, čelik šasije ima samo jedan sloj grundiranja.

Automobilski čelik se ne koristi haotično. Poslovna odluka vlasnika da smanji troškove često rezultira žrtvovanjem velikih pogodnosti radi sitnih ušteda, a tehničari nemaju moć da prebace odluke šefa.

Za svako pravilo postoji izuzetak, a izuzeci često nastaju u Kini. Pre nekoliko godina, jedan novi domaći brend je koristio niskougljenični čelik za proizvodnju automobila, što je dovelo do korozije šasije unutar dve godine – a takvi slučajevi su se nedavno ponovo pojavili. Povremeno, odluke donete bez razmišljanja od strane lidera stvarno izazivaju zabrinutost. Kada poslovni ljudi umešaju u tehničke rasprave, rezultati su uvek nepredvidivi.

Будућност аутомобилских челика

У данашње време, дебљина лимова од аутомобилског челика је смањена на 0,6 mm, што ја сматрам да је достизала граница дебљине челика. Ако буде танји лим, чак и упркос високој чврстоћи, изгубиће структурну стабилност која је унутрашња особина материјала. Лимови од аутомобилског челика су сада пред новим изазовима које им постављају нови материјали. Атомска тежина гвожђа одређује да се његова густина не може променити, а пут ка смањењу тежине кроз тање лимове делује као да је дошао до слепе улице. Алуминијумске легуре се сада постепено све више користе у возилима високе класе. Потпуно алуминијумски СУВ-ови, као и модел серије 5 и A6 који користе алуминијум за предњу конструкцију, указују на овај тренд.