Nagy lépés az alumínium autóalkatrészek felé

Egy klasszikus acélipari eljárás alumíniumötvözetekre való átültetését tűzte ki célul egy brit kutatócsoport. Az Aston Martin és a Lotus Engineering által is finanszírozott fejlesztőmunka eredményeként egyre több és jobb minőségű alumíniumalkatrész kerülhet autóinkba.

Már a zseniális autókonstruktőr, Colin Chapman, a Lotus autómárka atyja is megmondta annak idején, hogy egy jó autó nemcsak az erős motorjáról, a jó futóművéről és a megbízható fékeiről ismerszik meg, hanem a kedvező teljesítmény/tömeg arányáról is. Bár ő ezt - Forma-1-es szaktekintély lévén - elsősorban sportkocsikra értette, a globális felmelegedés ellen küzdő világunkban ma már a hétköznapi autóknál sem elhagyagolható szempont a könnyű kasztni. A kisebb súly ugyanis kevesebb fogyasztással, ezáltal kevesebb károsanyag-kibocsátással jár. Többek között ezért is törekednek a gyártók manapság arra, hogy az acél alkatrészeket alumíniumra cseréljék.

Az alumíniumalkatrészeket hagyományosan ún. hideg képlékenyalakítási technológiákkal formálják, ám az Imperial College London kutatói szerint ez a módszer nem tökéletes. Indoklásuk szerint az ily módon sajtolt, húzott vagy hajlított nyersanyagnak túl alacsony az alakíthatósága, a kristályszerkezetében kedvezőtlen változások mennek végbe, maradandó feszültségek keletkeznek, ezen kívül a kész darab hajlamos a visszarugózásra. "Korábban a Jaguárok ajtóit acélból gyártották.

Amikor a cég áttért az alumíniumötvözetekre, újra kellett terveznie a paneleket, mert az alumínium szobahőmérsékleten történő alakítása nem tette lehetővé az egyetlen darabban gyártást. A komponensek egymáshoz illesztése és hegesztése is tovább növelte a költségeket. Autó könnyebb lett, de az előállítása megdrágult" - mondja Jianguo Lin professzor, a kutatócsoport vezetője.

A 2007 márciusában kezdődött és több autógyár által is támogatott brit program célja, hogy megújítsák a jó minőségű alumíniumalkatrészek előállításának folyamatát. A kutatók az acéloknál jól ismert edzési folyamatból indultak ki. Egy ötvözet mechanikai tulajdonságait ugyanis (képlékenység, szilárdság, rugalmasság stb.) nemcsak az ötvözők fajtájával és mennyiségével lehet befolyásolni, hanem hőkezelési eljárással is. Ennek során az anyagot meghatározott hőmérsékletre melegítik, rövid ideig itt tartják, majd lehűtik. A végső anyagszerkezet milyenségét elsősorban az alkalmazott hőmérséklet és a hűtés időtartama befolyásolja.

A Lin és munkatársai által az alumíniumra kidolgozott módszer (angolul: Heat treatment, Forming and Cold Die Quenching) lépései a következők: az ötvözetet kemencében 500 °C fölé felforrósítják, majd a képlékennyé vált anyagot présszerszámba rakják, ahol néhány másodperc alatt a kívánt formára alakítják. Ezt követően a munkadarabot azonnal, még a szerszámban 100 °C fokra visszahűtik.

Nagyon fontos a gyorsaság, hiszen a hevítés során az anyagban kialakult kedvező kristálytani állapotot ezáltal lehet "befagyasztani". Az egész folyamat kevesebb mint 30 másodpercet vesz igénybe. A módszer rendkívül hasonlatos az acéloknál alkalmazott eljárásokhoz, így a siker nem is az ötlet eredetiségének, hanem sokkal inkább a paraméterek gondos kikísérletezésének és nem utolsó sorban annak a különleges alumíniumötvözetnek köszönhető, amelyet az Aston Martin bocsátott a kutatók rendelkezésére.

"Összehasonlítva a hagyományos technológiával, módszerünkkel hatszorosára növeltük az alumínium alakíthatóságát. Így egyre bonyolultabb és jobb minőségű alkatrészeket, például egész motorháztetőket tudunk létrehozni, egyetlen lépésben" - mondja a professzor.

Hozzá kell tenni azonban, hogy az alumínium hideg képlékeny alakíthatóságának problémáit már Lin professzor előtt is sokan felismerték és próbálták így-úgy kiküszöbölni. Nem is egy megoldás született a szuperplasztikustól a nagy nyomású vízzel történő alakításig. Ám eddig mindegyik túlságosan költségesnek és bonyolultnak bizonyult ahhoz, hogy az autóiparban, sorozatban és nagy tömegben gyártott alkatrészek előállítására alkalmas legyen.

Repülőgépek kontra autók

A repülőgépiparban szintén nagy igény van jó minőségű és könnyű alumíniumalkatrészekre. Ám itt többnyire nagyméretű, komplex darabok (farokfelület, hajtóműburkolat, repülőgéptörzs borítása, szárnyak belépőéle stb.) előállítására van szükség, és az ezekre kifejlesztett speciális technológiák nem alkalmazhatók az autóiparban.

A túlságosan költséges és túlságosan lassú eljárások a nagytömegű, olcsó és gyors sorozatgyártásnál nem jöhetnek szóba. Ilyen, a repülőgépiparban előszeretettel használt gyártási módszer például a szuperképlékeny technológia. Ennek során az alumíniumot magas hőmérsékleten a szemcseszerkezetének finomításával szuperképlékeny állapotba hozzákm, és üreges, buborékos, ellennyomásos vagy diafragma módszerrel a kívánt alakúra formázzák. A szuperképlékeny állapotú alumínium nagy méretű (200%-os), egyenletes nyúlásra képes anélkül, hogy eltörne.