w w w . c h o m i k u j . p l / M a r W a g 9 8 7

Materiały metalowe

stosowane w budowie pojazdów samochodowych

Ogromny post

ę

p w motoryzacji zarówno w budowie nadwozi, podwozi, jednostek nap

ę

dowych

to tak

ż

e nowe materiały wprowadzane do budowy pojazdów które maj

ą

bezpo

ś

redni wpływ na

mas

ę

, osi

ą

gi oraz zu

ż

ycie paliwa. Wła

ś

nie technologia materiałowa w technice motoryzacyjnej

rozwija si

ę

najszybciej -stosowane s

ą

lekkie materiały o du

ż

ej wytrzymało

ś

ci odporne na

korozj

ę

.

Oprócz metali stosowane s

ą

włókna w

ę

glowe, szklane (karbon, kevral), tworzywa sztuczne, materiały

ceramiczne, guma, szkło oraz elementy kompozytowe tj. konstrukcje mieszane np. stalowo-
aluminiowe wzmacniane włóknem w

ę

glowym.

W publikacji tej przedstawiam tylko materiały metalowe stosowane w budowie elementów pojazdów
samochodowych.

Stopy aluminium

Maj

ą

najwi

ę

ksze znaczenie w budowie pojazdów samochodowych. S

ą

znacznie l

ż

ejsze od stali i

ż

eliwa, wyst

ę

puj

ą

jako stopy z dodatkowymi takimi jak: krzem, mied

ź

, magnez, mangan, nikiel.

Stopy aluminiowe posiadaj

ą

nast

ę

puj

ą

ce zalety:

•

mały ci

ęż

ar wła

ś

ciwy

•

du

ż

a wytrzymało

ść

mechaniczna

•

dobre przewodnictwo cieplne

•

niska rozszerzalno

ść

cieplna

•

niski współczynnik tarcia

•

du

ż

a odporno

ść

na zu

ż

ycie korozyjne i eksploatacyjne

Stosowane s

ą

na n/w elementy pojazdów samochodowych:

•

nadwozia pojazdów (np.Audi ok.40%,l

ż

ejsze od tradycyjnych)

•

kadłuby silników

•

głowice, miski olejowe, kolektory dolotowe i wylotowe, d

ź

wigienki zaworów

•

tuleje cylindrowe, chłodnice i wymienniki ciepła

•

elementy klimatyzacji

•

obudowy wspomagania układu kierowniczego

•

półosie, wały nap

ę

dowe, wahacze.

•

obudowy skrzyni biegów, ramy zawiesze

ń

•

błotniki, dach, pokrywy silnika, drzwi

•

szkielety i podstawy foteli

•

kielichowe mocowania kolumny McPhersona

•

zaciski hamulcowe, tłoki silników

•

elementy przyczep i naczep

•

felgi, obr

ę

cze kół

Ważniejsze stopy odlewnicze aluminium

•

ALSi13Mg1CuNi(o zawarto

ś

ci 13% krzemu)- stosowane na tłoki silników (ZI)

•

ALSi21CuNi(o zawarto

ś

ci 21% krzemu)- stosowane na tłoki silników (ZS)

•

ALMg10 i ALMg5Si1(o zawarto

ś

ci 10 i 5% magnezu)- stosowane na odlewy odporne na

korozj

ę

.

•

ALSi11 i ALSi7(o zawarto

ś

ci 11 i 7% krzemu)- stosowane na felgi aluminiowe.

w w w . c h o m i k u j . p l / M a r W a g 9 8 7

Dodatkowo do stopu dodawane s

ą

: magnez,

ż

elazo, tytan lub stront w celu nadania im odpowiednich

wła

ś

ciwo

ś

ci mechanicznych.

Stopy magnezu

Magnez jest metalem 75(%) l

ż

ejszym od stali. W praktyce s

ą

stosowane stopy magnezu z dodatkiem

manganu, aluminium, cynkiem i cyrkonem.

Zalet

ą

magnezu jest tak

ż

e mo

ż

liwo

ś

ci odlewania cz

ęś

ci o du

ż

ych powierzchniach i bardzo cienkich

ś

ciankach (np.drzwi pojazdu) przy du

ż

ej dokładno

ś

ci wymiarów odlewu i stabilno

ś

ci kształtu.

Zastosowanie stopów magnezu

•

szkielety koła kierownicy i foteli

•

obudowy wału kierownicy

•

obr

ę

cze kół jezdnych

•

kolektory dolotowe

•

pokrywy głowic i mechanizmu rozrz

ą

du

•

skrzynie korbowe

•

wsporniki tablic przyrz

ą

dów

•

kadłuby silników

•

obudowy skrzyni biegów

•

miski olejowe

Ponadto z elektronu (stopu magnezu z cynkiem i aluminium) - odlewa si

ę

b

ę

bny hamulcowe.

Mosi

ą

dze

-stopy miedzi i cynku (Cu-Zn) zawieraj

ą

ce do 40% cynku. Własno

ś

ci mechaniczne mosi

ą

dzów zale

żą

od zawarto

ś

ci cynku, u

ż

ywane w motoryzacji do wyrobu cz

ęś

ci odpornych na korozj

ę

,s

ą

ci

ą

gliwe,

łatwe do obróbki plastycznej.

Zastosowanie:

•

do 4% Zn-rurki chłodnic

•

do 37% Zn-rurki skraplaczy i chłodnic

•

zł

ą

cza elektryczne

•

przewody w układach zasilania

Ołów

Głównie stosowane w przemy

ś

le samochodowym na elektrody akumulatorów mimo ró

ż

nych prób jego

wyeliminowania z powodu toksyczno

ś

ci.

Ponadto ołów jest bardzo wa

ż

nym składnikiem stopów ło

ż

yskowych.

Tak

ż

e do niedawna ołów był głównym materiałem stosowanym na ci

ęż

arki wyrównowa

ż

aj

ą

ce kół

samochodowych lecz obecnie jest zast

ę

powany ci

ęż

arkami cynkowymi.

Ołów i inne metale stosowane w budowie akumulatorów

•

akumulatory ołowiowo-selenowe, płyty ze stopu (PbSe) z dodatkiem antymonu.

w w w . c h o m i k u j . p l / M a r W a g 9 8 7

•

akumulatory ołowiowo-wapniowe, płyty ze stopu PbCa - zalety ich to zmniejszenie zu

ż

ycia

wody oraz mniejsze szcz

ą

tkowe pr

ą

dy ładowania.

•

akumulatory hybrydowe-technologia hybrydowa polega na zastosowaniu w akumulatorze
dwóch rodzajów płyt. O stopniu skomplikowania w/w akumulatorów

ś

wiadczy du

ż

a ilo

ść

składników stopowych do płyt wapniowych: AL,Sn,Ca,Ni,Ag,Cd,Zn,Au,Re oraz Pb.

•

akumulator Bosch Silver - zastosowano tam drobno krystaliczny stop srebra co powoduje,

ż

e

opór wewn

ę

trzny w w/w akumulatorze jest mniejszy ni

ż

w tradycyjnych, ponadto okres

u

ż

ytkowania ich wydłu

ż

a si

ę

o 20%.

•

akumulator litowo-jonowy. Lit jest mi

ę

kkim srebrzysto białym metalem najl

ż

ejszym

ż

e

wszystkich pierwiastków wyst

ę

puj

ą

cych w stanie stałym. W/w akumulatory charakteryzuj

ą

si

ę

krótkim czasem ładowania i długowieczno

ś

ci

ą

w eksploatacji.

Mied

ź

Jest głównym składnikiem stopów zwanych mosi

ą

dzami i br

ą

zami. Z uwagi na dobr

ą

przewodno

ść

i

dobre własno

ś

ci mechaniczne mied

ź

jest głównym materiałem przewodowym w technice

motoryzacyjnej. Uzwojenia alternatorów, rozruszników, cewek zapłonowych, elektrycznych pomp
paliwa itp. to głównie mied

ź

.

Ponadto na przewody elektryczne, którym stawia si

ę

wy

ż

sze wymagania wytrzymało

ś

ciowe stosuje

si

ę

stopy miedzi ze srebrem, miedzi z kadmem i miedzi z manganem.

Br

ą

zy

Stopy miedzi z cyn

ą

i innymi metalami w których zawarto

ść

miedzi zawiera si

ę

w granicach 80-

90%(wagowo).

Br

ą

zy stosowane s

ą

do budowy ło

ż

ysk

ś

lizgowych, prowadnic i gniazd zaworowych, przekładni

z

ę

batych i

ś

limakowych. Ło

ż

yska

ś

lizgowe wałów korbowych wykonuje si

ę

ze stopów ło

ż

yskowych

zło

ż

onych głównie z miedzi, cyny i ołowiu. Od materiałów ło

ż

yskowych wymagana jest du

ż

a

wytrzymało

ść

mechaniczna, odporno

ść

na zatarcie, korozj

ę

i dobra obrabialno

ść

.

Przykłady brązów na łożyska ślizgowe:

•

B1010 br

ą

z cynowo-ołowiowy(CuSn10Pb10- 9-11% Sn,Pb).

•

B555 br

ą

z cynowo-cynkowy-ołowiowy(CuSn5Zn5Pb5 - 4-6% Sn,Zn,Pb).

•

B444 br

ą

z cynowy(CuSn4Zn4Pb4 - 3-5% Sn,Zn,Pb) stosowany na tulejki korbowodów.

Inne materiały na łożyskach ślizgowe

•

stopy cynowe zwane babitami o składzie 89% Sn,8% Sb i 3% Cu

•

krajowy stop Ł83 - 83% Sn,11% Sb i 6% Cu

•

Ł16 - 16% Sb,2% Cu,16% Sn, reszta Pb

•

PbSb10Sn6 - stop ło

ż

yskowy cyny i ołowiu stosowany na panwie ło

ż

ysk samochodowych

pracuj

ą

cych przy du

ż

ym nat

ęż

eniu pracy.

•

Ponadto na gniazda zaworów i spr

ęż

yn amortyzatorów stosowane s

ą

br

ą

zy berylowe(1,6-

2,1% berylu) o oznaczeniu BB2(CuBe2Ni).

Materiały stosowane na elementy silników spalinowych

•

tłoki silników - najcz

ęś

ciej stosowane s

ą

siluminy tj. stopy glinu z dodatkiem krzemu oraz i

składnikami takimi jak mied

ź

, magnez, mangan i nikiel, odporny na korozj

ę

o dobrej lejno

ś

ci.

AK12 i AK20(12 i 20% krzemu) - to siluminy najbardziej popularne.

•

głowice silników spalinowych - to stopy o oznaczeniu AK51 i AK52 ( o zawarto

ś

ci 4-6% Si).

w w w . c h o m i k u j . p l / M a r W a g 9 8 7

•

wkładki kompensacyjne tłoków-stosuje si

ę

inwar tj.stop

ż

elaza(64%) i niklu(36%) z niewielkim

dodatkiem w

ę

gla i chromu.

•

Pier

ś

cienie tłokowe-

ż

eliwo szare lub stopowe z niewielk

ą

ilo

ś

ci

ą

chromu,niklu molibdenu oraz

ż

eliwo sferoidalne(3,6-4,1% C i 2,6% Si).

•

Sworznie tłokowe-stale stopowe konstrukcyjne do naw

ę

glania np.15HN(0,15% C,1,0%

Cr,1,5% Ni) oraz 16HG(0,16% C,1,0% Cr,1,2%Mn).

•

Korbowody-stale w

ę

glowe wy

ż

szej jako

ść

35,40 i 45 oraz stale stopowe konstrukcyjne do

ulepszania cieplnego 40H(0,40% C i 1,0% Cr) oraz 45G2 (0,45% i 1,6% Mn).

•

Wały korbowe-odkuwa si

ę

w matrycach ze stali lub odlewa si

ę

ze specjalnych

ż

eliw lub staliw.

-stali w

ę

glowe wy

ż

szej jako

ś

ci 40 lub 45

-niskostopowe stale chromowe 40H(0,40% C i 1,0% Cr).
-niskostopowe stale chromowo-molibdenowe 40HM(0,40% C,1,0% Cr i 0,25% Mo)
-

ż

eliwa stopowe do odlewania (2,6% C, 1,2% Ni,1,8% Mn, 2,2% Si).

•

Kadłuby-silników spalinowych z wstawiany tulejami stosuje si

ę

ż

eliwo

ż

l250 z dodatkiem

chromu i niklu.Ponadto coraz cz

ęś

ciej stosuje si

ę

stopy lekkie tj.AK9 stop aluminium z

krzemem (8,5-10,5% Si) oraz stopy magnezu.

•

D

ź

wignie zaworowe-odkuwa si

ę

ze stali 45 i 55 lub odlewa si

ę

z

ż

eliwa sferoidalnego.

•

Zawory:

-zawory ss

ą

ce-stal konstrukcyjna niskostopowa np.36HNM(Cr,Ni-1,0%,Mo-0,2%)

H10S2M(10% Cr,2,2% Si, 0,8 Mo).
W celu zwi

ę

kszenia trwało

ś

ci przylgni zaworów wylotowych stosuje si

ę

napawane warstwy

stellitu o grubo

ś

ci 1,5mm.Stellit to stop kobaltu, chromu i wolframu.

Materiały stosowane w budowie dopalaczy katalitycznych (katalizator spalin) i sond lambda

Do pokrycia monolitów ceramicznych lub metalowych w dopalaczach katalitycznych stosuje si

ę

metale

szlachetne: platyn

ę

, rod, pallad w stosunku 5; 1:2 (rod-jest najdro

ż

szy st

ą

d taki stosunek) oraz

rzadziej ruten.

•

platyna- w postaci czystej jest to srebrzystobiały metal, kowalny i łatwo ci

ą

gliwy.

•

rod-jest srebrzystoszyrym, l

ś

ni

ą

cym metalem, bardzo drogi.

•

pallad-srebrzystoszary, l

ś

ni

ą

cy metal kowalny i ci

ą

gliwy.

•

ruten-srebrzystobiały bardzo rzadki metal-wyst

ę

puje w rudzie platyny.

•

cyrkon-srebrzystobiały metal charakteryzuje si

ę

du

żą

wytrzymało

ś

ci

ą

mechaniczn

ą

•

ZrO

2

-dwutlenek cyrkonu stosuje si

ę

do sporz

ą

dzania szlachetnej ceramiki

ż

aroodpornej sond

lambda.

•

cer-metaliczny cer wydziela si

ę

elektrolitycznie z chlorku CeCl

3

jest stalowoszarym, kowalnym,

mi

ę

kkim i ci

ą

gliwym metalem. U

ż

ywany do produkcji siatek

ż

arowych katalizatorów oraz jako

składnik filtra cz

ą

stek stałych w dopalaczu katalitycznym silnika diesla.

•

tytan-jest metalem o bardzo du

ż

ej wytrzymało

ś

ci, małej g

ę

sto

ś

ci i du

ż

ej odporno

ś

ci na

korozj

ę

. Stosowany w budowie tytanowych sond lambda.

Metale stosowane w budowie

ś

wiec zapłonowych i

ż

arowych

Ś

wiece zapłonowe pojazdów samochodowych pracuj

ą

w bardzo ci

ęż

kich warunkach (temperatura

pracy 500-800(

O

C),ci

ś

nienie podczas spr

ęż

ania mieszanki ok.80 barów, napi

ę

cie zapłonu osi

ą

ga 30

tysi

ę

cy woltów) ich elektrody zatem musz

ą

by

ć

odporne na wysokie temperatury, ci

ś

nienia, zu

ż

ycia

erozyjne i korozyjne.

•

ś

wiece zapłonowe Bosch (typ Super Plus) elektroda

ś

rodkowa w/w

ś

wiec wykonana jest ze

stopu z dodatkiem itru.
Itr-to metal o srebrzystej barwie i temperaturze topnienia 1500(

O

C).

w w w . c h o m i k u j . p l / M a r W a g 9 8 7

•

ś

wiece zapłonowe firmy NGK dla samochodów VW Polo i Lupo.Dla uzyskania przeskoku iskry

przy ni

ż

szym napi

ę

ciu oraz ochrony elektrod przed korozj

ą

i erozj

ą

zostały one pokryte

płytkami z platyny. Maj

ą

one trwało

ść

do 100 tys. km przebiegu pojazdu.

•

innym rodzajem

ś

wiecy zapłonowej firmy NGK s

ą

ś

wiece z elektrod

ą

ś

rodkow

ą

z irydu.

Iryd - jest pierwiastkiem chemicznym, metalem bardzo twardym odpornym na korozj

ę

.

•

na

ś

wiece

ż

arowe silników z zapłonem samoczynnym stosowany jest “duratem”-opatentowaty

stop kobaltowo-

ż

elazny.Dzi

ę

ki nowoczesnej technice

ż

arzenia

ś

wiece

ż

arowe “duratem”

osi

ą

gaj

ą

850(

O

C) w 4 sekundy.

W wyniku rozwoju i potrzeb współczesnych technologii udoskonalamy i otrzymujemy wci

ąż

nowe

materiały. W przemy

ś

le motoryzacyjnym coraz szersze zastosowanie znalazły kompozyty np.: mied

ź

-

wolfram lub aluminium-bor oraz nanomateriały tj. materiały o zmniejszonych wymiarach ziaren dzi

ę

ki

którym mo

ż

na uzyska

ć

znacznie lepsze własno

ś

ci fizyczne, mechaniczne, elektryczne - mi

ę

dzy innymi

wzrost twardo

ś

ci i wytrzymało

ś

ci.

Tak

ż

e intermetale b

ę

d

ą

ce poł

ą

czeniem tytanu i aluminium w prawie jednakowych udziałach doskonale

znajduj

ą

zastosowanie do wytwarzanie łopatek turbin, zaworów itp.

----------------

http://www.zssplus.pl/www_publikacje/publikacje36.htm