Как се развива автомобилната индустрия?
Автомобилните производители променят производствените процеси, за да създадат набор от нови стомани с желаните свойства. Това им позволява производството на автомобили, които са едновременно по-безопасни и икономични.
Подобно на много други открития, създаването на висококачествена стомана от индийски металурзи преди повече от две хиляди години може да е било доза късмет. Изпичането на парчета желязо с въглен в специален глинен съд произвежда нещо съвсем ново, което индийците наричат wootz.
Двадесет и четири века по-късно производителите на автомобили разчитат на електродъгови пещи, машини за горещо щамповане и процеси на охлаждане и разделяне, които древните никога не са могли да си представят. Тези подходи дават нови начини за настройка на стоманата, като същевременно ограничават теглото на автомобила. Така намаляват вредното му въздействие върху планетата.
Десетките разновидности на стоманата в съчетание с леки полимери и части от въглеродни влакна, могат да доведат до нова ера в автомобилостроенето. Такива материали могат да намалят теглото на превозното средство със стотици килограми. Всеки килограм излишно тегло, което се изхвърля, спестява приблизително $3 разходи за гориво през целия период на експлоатация.
Електрически автомобили
Преходът към превозни средства, задвижвани от батерии, подчертава важността на тези нови материали. Електрическите превозни средства може и да не увеличават замърсяването, но са тежки. Например, Volvo XC40 Recharge е с 33% по-тежък от газовата версия.
Безопасността, особено що се отнася до нови транспортни технологии, не може да бъде пренебрегната. Намаляването на теглото на електрическо превозно средство с 10% осигурява приблизително 14% подобрение в обхвата.
Видове стомана
Още през 60-те години на миналия век стоманената клетка около пътниците е направена от това, което производителите на автомобили наричат мека стомана. През последните 60 години, производителите на стомана и техните дъгови пещи достигат хиляди градуси по Фаренхайт. Използват се роботи, създаващи огромно разнообразие от стомани, които да пасват на всяка нужда.
Разполагаме с високоякостни, закалени стомани за шасито. Устойчиви на корозия неръждаеми стомани за странични панели и покриви. Силно разтегливи метали в броните за абсорбиране на удари без смачкване. Производителите на автомобили използват широка гама от материали за изграждане на купето. Те избират този, който работи най-добре за всяко приложение.
Трикове със стомана
Повечето стомани представляват 98% желязо. Останалите няколко процента са метали, добавени за придаване на желани свойства. Именно те правят разликата. Също толкова важни са методите на обработка. Нагряване, охлаждане, валцуване на листовете преди формоване на частите. Модифицирането променя структурата на метала и допринася за разнообразните свойства.
На най-основно ниво свойствата на стоманата са свързани с микроструктурата, а именно подреждането на различни типове или фази стомана в метала. Някои фази са по-твърди, докато други придават пластичност. Това е мярка доколко металът може да бъде огънат и изкривен, без да образува назъбени ръбове.
На атомно ниво автомобилната стомана преминава през 4 фази. От най-твърдата, до най-крехката. Производителите на автомобили могат да ги променят, като манипулират времената и температурите на процеса на нагряване, за да произведат свойствата, които искат.
Усъвършенстване
Академични изследователи и производители на стомана, работещи в тясно сътрудничество с производителите на автомобили, са разработили усъвършенствана стомана с висока якост.
Първото поколение от тази стомана е прието през 90-те години на миналия век и все още е широко използвано. То има добра комбинация от здравина и пластичност. Второто поколение използва по-екзотични сплави, за да постигне още по-голяма пластичност, но тези стомани се оказват скъпи и трудни за производство. Третото поколение започва да си проправя път към фабричния етап. То използва техники за нагряване и охлаждане, за да се произвеждат стомани, които са по-здрави и по-формируеми от първото поколение. Те са почти десет пъти по-здрави от обикновените стомани от миналото и много по-евтини.
Критичен фактор
Производителите на стомана са научили, че времето за охлаждане е критичен фактор при създаването на окончателно разположение на атомите и следователно свойствата на стоманата. Най-бързото охлаждане, известно като закаляване, стабилизира вътрешната структура, преди да претърпи по-нататъшна промяна, за да достигне стайна температура.
Един от най-здравите видове съвременна автомобилна стомана се използва в критичните структурни компоненти, като странични панели и колони. Той се произвежда чрез прегряване на метала с бор и манган до температура над 850 градуса по Целзий. След като стане ковък, стоманата се прехвърля в рамките на 10 секунди в матрица, където детайлът се оформя и бързо се охлажда.
Хенри Форд използва сплави от стомана и ванадий преди повече от век, за да подобри характеристиките на своя модел Т. Рецептите за сплави продължават да се подобряват и днес. Един модерен пример за използването на по-леки метали в комбинация със стомана е алуминиевият камион F-150 на Ford Motor Company, като версията от 2015 г. тежи почти 700 паунда по-малко от предишния модел.
Нови сплави
По-скорошни въведения са сплави като тези, използващи титан и особено ниобий, които увеличават здравината чрез стабилизиране на микроструктурата. Един инструмент, който сега скъсява разстоянието между пробата и грешката, е компютърът. Той се използва за по-бързо разработване на материали, отколкото чрез експериментиране. Новите идеи вече могат да бъдат тествани до атомно ниво.
