Алюминий в автопроме

 
 
 
  Сегодня представители многих автоконцернов полагают, что в обозримом будущем алюминий при изготовлении автомобилей станет использоваться более массово. На чем основано это мнение?
   
  Alumīnija vīrsbūve, Alumīnija virsbūves remonts, agrona metināšāna, алюминиевый кузов, ремонт алюминиевого кузова, аргонно-дуговая сварка
   
 

Применение алюминия в автопроме, в частности − при производстве кузовов принято считать современной тенденцией, но эта технология происходит еще из первой половины двадцатого века. Преимущества металла были очевидны уже тогда: алюминий примерно втрое легче стали, более пластичен, не так боится коррозии.

Конечно, по прочности он уступает, и для многих силовых элементов не подходит, но для кузовных панелей очень даже годится. Правда, большинство компаний, которые в тридцатые годы строили автомобили с использованием алюминиевых деталей, в дальнейшем от легкого металла отказались. Основные причины – дороговизна сырья и сложность стыковки со стальными деталями.

Алюминий в металлической форме стал известен не так уж давно: его получили только в конце XIX века. Изначально металл стоил очень дорого из-за трудоемкого процесса его получения. С 1855 по 1890 годы изготовили всего 200 тонн материала по методу Анри Этьена Сент-Клер Девиля, заключающемся в вытеснении алюминия металлическим натрием.

После открытия метода электролитического восстановления цена на алюминий начала резко снижаться. К 1890-му году она упала в 30 раз, к 1915-му – более чем в 100 раз, но легкий металл все равно стоил дороже стального проката примерно в три-четыре раза.

Алюминий получил широкое распространение в авиации, где снижение веса – весьма актуальный вопрос. Металл, который впоследствии прозвали крылатым, стоил дешевле титана и выгодно отличался от магниевых сплавов, обладающих высокой коррозионной активностью и пожароопасностью.
   
  Alumīnija vīrsbūve, Alumīnija virsbūves remonts, agrona metināšāna, алюминиевый кузов, ремонт алюминиевого кузова, аргонно-дуговая сварка
   
  Alumīnija vīrsbūve, Alumīnija virsbūves remonts, agrona metināšāna, алюминиевый кузов, ремонт алюминиевого кузова, аргонно-дуговая сварка
 

Алюминий в автопроме применяли еще с 1930-х годов, но из-за более высокой стоимости и сложности обработки крылатый металл часто оставался уделом узкого круга автомобилей, например − спортивных. Один из ярких примеров − гоночные болиды Auto Union с алюминиевым кузовом и алюминиевым двигателем V16 с турбонагнетателем, а иногда − и не одним. Алюминий понадобился потому, что изначальные требования к весу были очень жесткими: не более 750 кг без топлива, воды, шин и водителя, при этом мощность двигателей не ограничивалась. Параметры впечатляют и сегодня: самые мощные версии развивали 560 л.с., что позволяло болиду разгоняться до скоростей далеко за 300 км/ч.

   
 

Однако  при массовом производстве автомобилей применение алюминия оказалось не особо выгодным – как правило, все-таки использовали сталь. Конечно, были исключения в силу различных причин. Один из примеров – автомобили Land Rover, которые начали выпускать в 1948-м году с кузовами из алюминиевого сплава.

   
  Alumīnija vīrsbūve, Alumīnija virsbūves remonts, agrona metināšāna, алюминиевый кузов, ремонт алюминиевого кузова, аргонно-дуговая сварка
 

Появившийся в 1948-м году, этот автомобиль именовался просто Land Rover Series I. Потом была серия II и III, а имя Defender модель получила только в 1990-м году. Из-за нехватки стали в послевоенной Британии, кузов был выполнен из алюминиевого сплава.

   
 

После Второй мировой войны со сталью в Англии было туговато, а сплав алюминия с другими металлами позволял получить относительно недорогое сырье. Также в разное время алюминий применялся при создании спортивных и эксклюзивных автомобилей, где снижение массы или имидж также были важнее стоимости, пример − Aston Martin или Morgan.

   
  Alumīnija vīrsbūve, Alumīnija virsbūves remonts, agrona metināšāna, алюминиевый кузов, ремонт алюминиевого кузова, аргонно-дуговая сварка
  Очень интересный пример − Morgan Plus 8: в этом автомобиле алюминий сочетался не со сталью, а с деревом. Это не опечатка. Первоначальная версия дебютировала в 1936-м году. На трубчатом шасси располагался прочный каркас из ясеня, на который навешивали наружные панели из стали или алюминия и укрепляли их клеем или заклепками. К слову, Morgan Plus 8 выпускается мелкими партиями и по сей день.
   
 

У алюминия были шансы стать более массовым в кузовном производстве в 1980-е годы, когда стали формироваться новые требования к расходу топлива, а значит − снижению массы автомобиля, а также к коррозионной стойкости. Сначала алюминий проиграл: снижения массы удалось добиться, увеличив процент высокопрочных сталей в силовой структуре и применив пластиковые кузовные детали. Проблемы с коррозией решили переходом на оцинкованный прокат и новые технологии окраски, которые позволили увеличить срок гарантии на кузов до 5...10 лет.

Чуть позже алюминий начал отыгрывать позиции. Очередной виток ужесточений требований к экономичности и экологичности машин совпал с некоторым падением цен на сырье. Здесь, наверное, сразу вспомнится Audi, в частности − А8 с полностью алюминиевым кузовом. При этом помимо Audi на других автомобилях также стали все чаще появляться детали из крылатого металла, в первую очередь − навесные кузовные элементы: капот, крылья, двери, и т.д.

Список машин, в которых алюминиевые детали составили достаточно большой процент от массы кузова (не путать с полной массой), стал довольно велик. В основном это, конечно, были автомобили премиум-класса и спорткары: последние поколения Jaguar XJ X350-X351, XJR, XF, XE и F-Pace, соплатформенний Audi R8 Lamborghini Gallardo, Ferrari F430, F360, 612, Lotus Elise, Opel Speedster,Tesla Roadster, Honda NSX, Spyker, Mercedes SLS. Алюминий использован в конструкции BMW 5 и 6 series (Е60 и Е63) и даже в маленьком VW Lupo.

   
  Alumīnija vīrsbūve, Alumīnija virsbūves remonts, agrona metināšāna, алюминиевый кузов, ремонт алюминиевого кузова, аргонно-дуговая сварка
   
 

Крылатому металлу нашли применение в других областях, кроме кузова: из него стали делать множество узлов и агрегатов, имеющих отношение к пассивной безопасности – кронштейны рулевого управления, балки-усилители, опоры двигателей, и многое другое.  Природная хрупкость и широкий диапазон изменения вязкости алюминия оказались очень кстати. Еще одна обширная сфера применения − алюминиевые блоки цилиндров, поршни, и т.д.

Конечно же, сложности со сваркой и крепежом никуда не делись. Для соединения со стальными элементами подходят только клепка, болты и склейка, для соединения с другими алюминиевыми деталями – еще сварка и шурупы. Немногие примеры конструкций с использованием легкосплавных несущих элементов проявили себя весьма капризными в эксплуатации и очень неудобными в восстановлении.

Не смотря на все упомянутые проблемы, алюминий продолжает наступать. Дело даже не в постоянном ужесточении экологических требований и борьбе за каждый килограмм веса машины. Да, все более совершенные высокопрочные стали позволяют облегчить кузов машины и сделать его жестче.

Обратная сторона медали – повышение стоимости такой стали, увеличение цены штамповки, рост цены сварки и сложности с ремонтом поврежденных деталей. Что-то это напоминает, не так ли?  Это, практически, те самые проблемы, которые свойственны алюминиевым конструкциям от рождения. Вот только традиционные проблемы с коррозией у высокопрочной стали никуда не делись.

   
 

Проблемы с восстановлением

Те, кто сталкивался с восстановлением алюминиевых кузовных деталей, знает все "прелести" этого процесса. Но алюминий добавил и других сложностей. Так, например, алюминиевые чашки передней подвески и передние лонжероны на некоторых моделях BMW имеют проблемы с электрохимической коррозией в местах стыков, а также проблемы с восстановлением соединений после повреждений кузо

Еще пример − хорошо известный дизель 1,9 л на VW: даже после небольшого удара нередко обламываются алюминиевые крепления блока цилиндров.

   
  Alumīnija vīrsbūve, Alumīnija virsbūves remonts, agrona metināšāna, алюминиевый кузов, ремонт алюминиевого кузова, аргонно-дуговая сварка
   
 

Наиболее приемлемым вариантом становится замена двигателя, благо на разборках таких моторов много. Почему бы не применить аргонно-дуговую сварку и восстановить крепления? Можно, но нет гарантии, что от вибрации не образуются трещины в местах сварки, и двигатель потом попросту не выпадет на ходу.

   
 

Еще один минус – сложности повторной переработки: в эпоху одноразовых вещей (в том числе машин) это становится все более актуально. И высоколегированные стали в этом отношении – не самый удачный материал. Цена алюминия мало зависит от его марки, содержание в сплаве ценных присадок сравнительно невелико, а основные характеристики задаются содержанием кремния. Мягкий металл хорошо перерабатывается, а ценные добавки при переплавке присадки хорошо извлекаются для дальнейшего использования.

О высокопрочной стали подобного сказать нельзя. Пакет дорогих легирующих присадок при переработке неизбежно теряется. Более того, он загрязняет вторичное сырье и требует дополнительных расходов по его очистке. Цена на простые марки стали и высокопрочные различается в разы, и при повторном использовании железа вся эта разница будет утеряна.

Итак, алюминиевое будущее потихоньку приходит. Пока конструкции кузовов многих машин содержат, в среднем, не больше 10...20% алюминия, но эта цифра будет расти. Исходная стоимость сырья сегодня уже не играет сейчас такой роли.

Экологическое лобби также становится все сильнее, и оно способно влиять на популярность алюминиевых машин еще множеством способов: от грамотного пиара до уменьшенного сбора на утилизацию. В итоге премиум-бренды будут использовать алюминий все больше. Стальные конструкции останутся уделом недорогих машин, но по мере удешевления алюминиевых технологий автопроизводители тоже не устоят перед соблазном.
   
 

Станут ли автомобили в перспективе полностью алюминиевыми в плане силовой структуры кузова? Вряд ли: не позволят постоянно ужесточающиеся требования безопасности.

   
  Alumīnija vīrsbūve, Alumīnija virsbūves remonts, agrona metināšāna, алюминиевый кузов, ремонт алюминиевого кузова, аргонно-дуговая сварка
   
 

Audi А8 первого поколения (серия D2, 1994−2002) стал первым крупносерийным автомобилем, у которого из алюминия было сделано не только оперение, но и силовая структура несущего кузова ASF (Audi Space Frame). Сборка кузова проводилась по большей части вручную, о чем свидетельствует вид сварных швов. Без навески кузов весил всего 249 кг − вдвое легче аналогичного стального. Кузов Audi A8 следующего поколения D3 образца 2003-го года весил еще меньше: 220 кг.

   
  Alumīnija vīrsbūve, Alumīnija virsbūves remonts, agrona metināšāna, алюминиевый кузов, ремонт алюминиевого кузова, аргонно-дуговая сварка
   
 

Четвертое поколение обладало более тяжелым кузовом: 231 кг, и состояло из алюминия только на 92%. Для выполнения требований безопасности средние стойки были выполнены из высокопрочных сталей, а с соседними алюминиевыми деталями они соединялись с помощью болтов и клея. Самым тяжелым в семействе стал кузов Audi A8 D5: 281 кг, и только 58% алюминия.

   
  Не приведет ли более массовое применение алюминия к повышению стоимости владения автомобилем, особенно − на вторичном рынке? Конечно же, приведет. Современный автопром развитых стран заточен под быстрое обновление автопарка и состоятельного покупателя с доступом к дешевым кредитам. Интересы всех остальных, мягко говоря, не очень важны. Шутки − шутками, но алюминиевое будущее, возможно, и будет светлым, но вряд ли дешевым.
 
 
 
 
 

sagatavots / подготовлено brauc.com; car-use.lv ®