Потому что благодаря снижению массы можно получить множество преимуществ. Причём борьба с «лишним весом» касается не только кузова, но и, скажем, элементов высоконагруженных рычажных подвесок. А снижение массы деталей подвески положительно влияет на работу других систем автомобиля. Облегчение подвески за счёт применения алюминиевых деталей — общемировая тенденция.
CTR не стоит в стороне от этого процесса — у нас есть собственный научный центр, и мы первыми в Корее начали производить кованые алюминиевые рычаги. А не за горами и применение магниевых сплавов в подвеске. Но обо всём по порядку.
Зачем экспериментировать с материалами
Облегчение автомобиля несет сплошные преимущества, вроде улучшения динамики, управляемости, снижения расхода топлива, повышения плавности хода и даже сокращения тормозного пути. Если облегчим кузов, получим быстрый экономичный автомобиль, а если уменьшим неподрессоренные массы, то улучшим управляемость и сократим тормозной путь.
Неподрессоренная масса — это, условно, всё, что находится в подвеске после амортизатора в направлении поворотного кулака. К неподрессоренным массам относятся: часть рычага после амортизатора, поворотный кулак, тормозной диск, элементы привода, колесный диск, покрышка и т. д. Основная часть автомобиля — кузов со всем содержимым и двигатель — является подрессоренной массой.
При наезде на неровность неподрессоренная масса принимает удар на себя и передает энергию подрессоренной части через подвеску. Чем больше масса кузова и чем меньше неподрессоренная масса, при высокой эффективности амортизаторов, тем лучше происходит гашение колебаний. Разница в гашении колебаний обуславливается не только качеством амортизаторов, но и соотношением масс.
Утяжелять кузов для плавности движения — тупиковый путь, потому что при этом растёт расход топлива и тормозной путь, портится динамика и управляемость. Поэтому производители автомобилей борются за уменьшение именно неподрессоренных масс, отказываясь там, где это возможно и экономически оправданно, от стали и чугуна в пользу лёгких и надёжных сплавов, среди которых важнейшее место занимает алюминий, которого становится всё больше в деталях подвески.
В платформе MQB концерна Volkswagen Group количество алюминия, в том числе в подвеске, значительно выросло, что дало уменьшение массы на единицу объема. Фото: Ra Boe / Wikipedia, Original; Лицензия: CC by-sa 3.0
Выбор любых материалов для производства автомобилей обуславливается сразу несколькими факторами. Во-первых, соответствие нагрузкам: слишком хрупкие и слишком мягкие металлы и сплавы сделают автомобиль небезопасным и крайне недолговечным. Во-вторых, цена материала: существуют сплавы с потрясающими прочностными характеристиками, но цена машины с такими деталями будет приближаться к цене самолета.
Хорошим примером снижения удельной массы металла является Skoda Octavia: поколение A7 на алюминиевой платформе MQB физически больше (4,65 х1,81 м против 4,56 х 1,76 м) и при этом легче стального А5 (1225 кг против 1250 кг).
Как облегчить автомобиль
Просто добавить алюминий — это самый распространённый способ.
Алюминий, третий по распространенности на Земле элемент (его больше, чем железа!), был впервые выделен только в 1825 году, но благодаря своей лёгкости и мягкости он сразу попал в поле зрения конструкторов и инженеров, в том числе занятых изобретением новых видов транспорта. Можно подумать, что алюминий пришел в автомобильную промышленность совсем недавно, в XXI веке, на волне борьбы за экологичность и удешевление производства. На самом деле всё ровно наоборот.
Первый удачный заход в авто алюминий совершил в 1899 году, когда на международной выставке в Берлине был показан спорткар производства Durkopp — весь корпус машины был сделан из легкого металла, выигрыш в массе позволил немного увеличить скорость и разгон. А уже в 1901 году гоночный автомобиль Mercedes 35 PS с алюминиевым двигателем внутреннего сгорания мощностью 35 л.с., построенный Карлом Бенцом, удачно дебютировал на гонках во Франции.
В 1962 году автомобиль с алюминиевым движком Harvey Aluminum/Harcraft Special установил рекорд круга на гонках Indianapolis 500, а нефтяной кризис 1970-х подстегнул интерес к металлу в борьбе за снижение массы машин для экономии топлива.
Тем не менее долгое время легкий металл из-за своей цены оставался материалом для производства гоночных автомобилей. Лишь к концу ХХ века алюминий начал появляться в серийных премиальных автомобилях. В 1994 году вышла Audi A8 D2 с цельноалюминиевым кузовом.
Разница в массе между сталью и алюминием
Кубометр алюминия весит почти 2700 кг, а стали — 7800 кг. Смена сплава позволяет значительно уменьшить вес автомобилей. Так, например, в 2014 году в продажу поступил обновленный пикап Ford F-150 с алюминиевым кузовом. Благодаря частичному отказу от стали машина в зависимости от конфигурации стала легче минимум на 290 кг (1,84 тонны против 2,13 тонн в версии Regular Cab).
Новинка отличалась уменьшенным расходом топлива, лучшим ускорением и повышенной на 30% грузоподъемностью. Замена стали на более дорогой металл подняла цену F-150 всего на $395.
Если сравнивать отдельные элементы автомобиля, разница между стальными и алюминиевыми сплавами тоже будет ощутимой. Отличной иллюстрацией этому служит пост на DRIVE2, в котором замеряется масса алюминиевых и стальных рычагов и кулаков для Subaru Legacy.
Стойкость к деформации
Нельзя отрицать, что алюминиевые сплавы мягче, чем сталь и тем более чугун. Вот только деформируются они по-разному. Что для стали ведет к полному искривлению детали, а для чугуна — к растрескиванию, то в алюминии оставляет лишь вмятину. Алюминий вообще отлично поглощает удары — на 50% лучше стали.
В электромобилях алюминиевой броней защищают дно автомобиля, под которым находятся литий-ионные аккумуляторы. При повреждении и разгерметизации аккумуляторам свойственно воспламеняться. Например, в одном из электромобилей батарейный отсек был изначально защищен алюминиевой пластиной толщиной 8 мм.
Со временем её усилили титановым листом и добавили на дно алюминиевые дефлекторы, призванные отбивать лежащий на дороге мусор. Теперь дно выдержит даже камень, попавший под машину, едущую со скоростью 200 км/ч. Для обычного автомобиля это был бы очень болезненный удар, а менее защищённый электромобиль конкурентов после такой неудачной встречи вообще может сгореть.
Вязкость алюминиевых сплавов относительно стали играет ключевую роль: при ударе по алюминиевой детали в точке контакта происходит деформация, но она ограничена очень малой зоной — если вмятина не критична сама по себе, то деталь не деформируется целиком, её еще можно эксплуатировать. Стальная же деталь при ударе лучше сопротивляется локальному повреждению, зато изгибается сама — вместо заметной вмятины или выбоины мы получим геометрически непригодную запчасть. Иногда её можно выпрямить, но жёсткость детали будет безвозвратно утеряна.
Прочность алюминиевых сплавов колеблется на уровне 120–230 МПа, против 240–450 МПа у высокопрочной стали — двойная разница не в пользу алюминия. Если алюминий такой мягкий, то как его можно использовать в тонком кузове, который должен защищать людей при авариях? Чтобы увеличить прочность алюминиевых кузовов, автопроизводители пересмотрели их конструкцию, добавив скрытые полости, с внутренними усилителями. Такие кузова можно узнать по «пышным» формам и толстым стойкам.
Однако если мы хотим заменить сталь в автомобиле на алюминий, нельзя просто взять чертежи стальной запчасти и отлить или выковать её из другого сплава — надёжность неминуемо снизится. Поэтому при смене материала приходится заново проектировать каждый элемент, усиливая его стойкость к ударам и нагрузкам. Для этого в CTR действует огромный отдел исследований и разработки, занятый изучением новых материалов и конструкций автомобильных деталей. А всё потому, как мы рассказывали в прошлых постах, что CTR не только производит запчасти по присланным заказчикам чертежам, но и сама занимается разработкой прототипов новых деталей, которые автопроизводители могут использовать в своих будущих автомобилях.
Вместе с цельноалюминиевыми деталями CTR изготавливает необычные комбинированные запчасти, например, пустотелые алюминиевые рычаги с пластиковым наполнением. Пластик помогает гасить ударные нагрузки, а правильно рассчитанная пространственная форма сокращает вес рычага. Прочность комбинированного рычага, согласно исследованиям, не просто не снижается, но во многих случаях увеличивается. Не будь комбинированный рычаг надёжным и безопасным, он бы не был пущен в производство.
Перед запуском новой детали в производство инженеры CTR проводят предварительный компьютерный анализ нагруженности запчасти на предмет поиска точек напряжения и потенциально слабых мест. Результаты расчётов хорошо видны на изображении ниже — компьютер помогает понять, в каком месте проявится, например, усталость металла, где сосредоточится напряжение. С помощью анализа можно, во-первых, заранее исправить проблемные места, а во-вторых, облегчить деталь без ущерба для её прочности. Особенно важны эти расчеты, когда речь идёт об алюминиевых запчастях.
Сплав сплаву рознь
Естественно, никто в автомобилестроении не использует чистый алюминий. Все помнят, как в школьной столовой легко гнулись алюминиевые ложки — на автопроизводстве в ход идут только алюминиевые сплавы с легирующими добавками. Самой наглядной иллюстрацией разницы в сплавах в своё время стала ситуация со смартфонами iPhone 6 и iPhone 6S: если первые легко гнулись, и голыми руками телефон можно было сломать, то в обновленной модели был применен алюминиевый сплав серии 7000 с добавками цинка, магния и меди — конструкция и толщина корпуса устройства не изменились, но сломать и даже согнуть его тем же способом стало невозможно.
Источник: fissman.ru
Посуда из литого алюминия с антипригарным покрытием: плюсы и минусы
Однажды перед каждой хозяйкой возникает кулинарная дилемма: какую купить посуду — эмалированную, из нержавеющей стали или литого алюминия с антипригарным покрытием. И если о первых двух вариантах мы ранее уже писали, то антипригарный алюминий для многих остается загадкой и ассоциируется исключительно со сковородками. На самом деле из этого материала делают сотейники, ковши и кастрюли разного размера. Что такое посуда из литого алюминия с антипригарным покрытием и каковы ее преимущества перед другой кухонной утварью, Гала-Центр рассказывает прямо сейчас.
Литая алюминиевая посуда с антипригарным покрытием: преимущества и недостатки
Алюминий — четвертый материал в таблице лучших проводников тепла после серебра, меди и золота, а потому всегда будет быстрее нагреваться углеродной и нержавеющей стали. Для сравнения теплопроводность нержавейки 15 Вт/(м·К), углеродистой стали 45 Вт/(м·К), а алюминиевого сплава 235 Вт/(м·К). Данный металл медленнее проводит тепло чем медь, но делает это значительно лучше стали и железа, а потому блюда в нем готовятся быстрее и качественно. Чтобы улучшить характеристики материала его покрывают защитным слоем, исключающим прилипание (подгорание) пищи. А это значит, что антипригарная посуда из алюминия идеально подходит для приготовления макаронных изделий, молочных каш, пельменей и вареников.
Зачем алюминиевым кастрюлям антипригарное покрытие Non-Stick? Алюминий и чугун — два пористых материла, которые вступают в реакцию с пищей и меняют ее вкус. Они впитывают запахи и жидкости. К таким металлам легко прилипает еда. Все эти проблемы производители решают использованием Non-Stick защиты.
Преимущества антипригарной посуды из литого алюминия:
Можно ли готовить в антипригарной посуде кислые продукты?
Знаете ли вы разницу между реактивной и нереактивной кухонной утварью? В реактивной нельзя готовить пасту с томатами или мясо в лимонно-винном соусе. И это не потому что вкус блюда испортится, просто кислота разрушает защитное покрытие. Чем чаще вы готовите кислую еду в антипригарных сковородах и сотейниках, тем быстрее сокращается срок их службы.
Такие блюда лучше всего готовить в нереактивных стальных и эмалированных емкостях. Это два безопасных варианта для приготовления и хранения таких кислых блюд как рассольник или яблочный компот.
Конечно вы можете готовить кислые щи в таких кастрюлях, но будьте готовы что Non-Stick слой разрушится раньше срока, и пища начнет подгорать. Также вы можете встретить кухонные принадлежности с 5-тилетней гарантией. Производители заявляют, что изделия не боятся металлических лопаток и кислот. Но если вы хотите, чтобы кастрюли и сковородки прослужили действительно долго, обеспечьте им бережное отношение с нейлоновыми принадлежностями без контакта с кислыми фруктами и овощами.
Литая или штампованная — какая посуда из алюминия лучше?
Прежде чем купить алюминиевую посуду с антипригарным покрытием важно знать какая разница между литыми и штампованными изделиями. Если не хотите вдаваться в подробности, просто знайте: литой алюминий всегда лучше. А если он имеет толстые стенки и массивное дно, вы приобретаете себе супер-помощницу на долгие годы.
Литые сотейники изготавливаются путем заливания расплавленного алюминиевого сплава в формы. Затем они остывают, становятся твердыми и превращаются в цельнолитые изделия без швов. По такому принципу создают кастрюли и сковороды с толщиной корпуса до 8 миллиметров, благодаря чему они выдерживают регулярное воздействие сильного нагрева без деформации. К тому же такие изделия равномерно прогреваются и дольше остаются горячими.
Штампованные сковороды — эконом-класс с низкими эксплуатационными характеристиками. Их делают путем сгибания металла с помощью специального штампа. Легкая и тонкая кухонная утварь легко коробится от огня газовой конфорки и покрывается вмятинами от механических повреждений. Это дешевые изделия с маленьким сроком службы.
На цельнолитую и штампованную алюминиевую посуду по-разному наносится защитный слой. Штампованные кастрюли толщиной до 2,5 мм обрабатываются методом роликового наката. Толщина Non-Stick покрытия составляет максимум 25 мкм. Такой вариант является низкозатратным и позволяет делать дешевые сковороды, доступные каждой хозяйке. Срок эксплуатации Non-Stick защиты, нанесенной роликовым накатом составляет 1 год.
Цельнолитые сковороды покрываются защитным слоем методом напыления. Изделия получают равномерное каменное покрытие увеличенной толщины, благодаря чему их антипригарные свойства значительно выше чем у бюджетных конкурентов. Для сравнения: роликовый накат позволяет получить слой толщиной 25 мкп, а распыление — 60 мкм. Таким образом вы приобретаете кухонные принадлежности, которые прослужат вам до 4-х лет.
Отличить штампованную кастрюлю от литой очень просто даже на глаз. Первая будет легкой словно перышко. Также обязательно читайте информацию на упаковке, а если таковой не имеется, обойдите изделие стороной.
Каждая шестая проданная кастрюля изготовлена из алюминиевого сплава методом литья. Он легкий, не ржавеет и быстро нагреваются, так как хорошо проводит тепло.
Источник: www.galacentre.ru