Алюминий в автопроме

Алюминий впервые начал использоваться в автомобильной промышленности более ста лет назад. В то время он был совсем еще новым и малоизученным металлом, но его свойства – легкость и отсутствие коррозии – делали его очень перспективным для зарождающейся автомобильной промышленности.

Первый спортивный автомобиль, корпус которого был сделан из алюминия, был представлен публике на международной выставке в Берлине в 1899 году. А первый двигатель, при создании которого использовался алюминий, был сделан несколькими годами позже. В 1901 году Карл Бенц, впоследствии всемирно известный автомагнат, представил для участия в престижных автогонках в Ницце новый автомобиль с двигателем, части которого были сделаны из алюминия.

«Легкий металл» уменьшал вес автомобиля, делал его маневреннее, но сложность обработки алюминия, нехватка знаний и дороговизна ограничивали возможность массового использования этого металла в начале века. Только в послевоенные годы, когда алюминий стал доступнее и дешевле, британская компания Land Rover всерьез занялась изучением возможностей «крылатого металла» и в 1961 году продемонстрировала и затем запустила в массовое производство модель автомобиля – Buick 215 с восьмицилиндровым (V8) двигателем. Блоки этого мотора были сделанным из алюминия. Новый двигатель сразу же завоевал популярность у автогонщиков: компактный и легкий, он весил всего 144 кг и давал существенное преимущество при ускорении.

В 1962 году Микки Томсон, человек легенда американских автогонок, участвовал в гонках «Индианаполис 500» на авто с двигателем из легкого метала, который превосходно показал себя на тех соревнованиях. Многие фирмы позднее усовершенствовали этот легендарный двигатель и использовали его в различных массовых моделях и гоночных автомобилях, в том числе и в Формуле 1.

В семидесятые годы разразившийся нефтяной кризис заставил автомобильные компании искать пути снижения потребления топлива. Известно, что расход топлива во многом зависит от массы автомобиля. Было подсчитано, что снижение веса небольшого пассажирского легкового автомобиля на 100 кг может сэкономить до 700 литров бензина за все годы эксплуатации этого автомобиля (80.000 км). Поэтому автопроизводители стали заменять многие детали на более легкие из алюминия, тем самым снижая общий вес автомобиля. Сегодня в обычном легковом автомобиле в среднем содержится до 110-145 кг алюминия и с каждым годом доля «легкого металла» увеличивается.

Новые прочные сплавы из алюминия способны полностью заменить сталь, традиционно используемую для производства такого важного элемента автомобиля, как кузов. Это доказали инженеры автоконцерна Audi, который в 1994 году представили модель A8, кузов которой вместо стали был полностью сделан из алюминия. Выигрыш в весе представленной модели составил 239 кг! Результатом почти 20-летних исследований и опытно-конструкторских работ стал выпуск пространственной рамы ASF – высокопрочной алюминиевой структуры, в которую встроены большие алюминиевые панели, принимающие на себя часть нагрузки. Штампованные алюминиевые панели соединяются с помощью многофункциональных литых элементов. Новая конструкция потребовала применения самых передовых технологий. Для этого были разработаны новые легкие сплавы и технологии обработки материалов. Модели с алюминиевым кузовом произвели настоящий фурор среди экспертов и поклонников Audi. Сейчас полностью алюминиевые кузова получают модели Audi А2 (усовершенствованный вариант) и А8 (обновленная версия). С 1993 года компания выпустила 133 тысячи таких A2 и 117 тысяч – А8.

Не отстает от Audi и Rover. Новое поколение внедорожника Land Rover – Range Rover – будет иметь важное отличие от своего предшественника – алюминиевую конструкцию кузова. Алюминиевый кузов позволит снижает массу Range Rover по сравнению с Land Rover порядка на 300 – 400 кг. Тем не менее в модельном ряду Land Rover этот автомобиль по-прежнему будет оставаться самым помпезным и представительным, с максимально просторным и люксовым интерьером. Алюминиевый кузов позволит, в частности, добиться улучшения показателей топливной экономичности, а также снизить уровень выбросов углекислого газа в атмосферу, положительным образом сказаться на динамике и управляемости автомобиля.

Инженеры компании Mazda разработали революционную технологию сварки алюминия со сталью, которая впервые была применена в промышленном производстве комплектующих для новой модели спорткара RX-8. До этого момента сварка алюминия и стали представлялась неразрешимой задачей. Инженеры Mazda решили ее путем разогрева за счет трения верхних слоев алюминия (как это происходит в микроволновой печи) и одновременной гальванизации сварной поверхности стали. Процесс коррозии позволяет частицам алюминия проникать в структуру стали и обеспечивать надежное сцепление.

Новая технология открыла широкие возможности в автомобилестроении для выпуска комбинированных кузовов из алюминия и стали, части которых скрепляются сваркой, а не заклепками. Это повышает долговечность и надежность конструкций, обеспечивая одновременно выигрыш по весу. В рамках разработки новой технологии специалисты Mazda оформили более 20 патентов.

Не так давно компания Jaguar сообщила о появлении первого представителя нового поколения своих спортивных автомобилей – модели Jaguar XK. Следует обратить внимание на технологию производства кузова. Уникальным здесь является первое промышленное использование в автомобилестроении конструкции несущего кузова типа «монокок», состоящей полностью из алюминия. Развив авиационные технологии, где снижение массы является критическим фактором, компании Jaguar удалось внедрить в серийное производство легкую и прочную несущую конструкцию кузова, отдельные элементы которой могут быть скреплены как с помощью заклепок, так и с помощью эпоксидных клеев.

«Пятерка» BMW построена с активным применением алюминиевых деталей – из «крылатого металла» сделаны почти все элементы передней части автомобиля. Как считают специалисты, подобное решение продиктовано желанием инженеров BMW снизить общий вес автомобиля и, одновременно с этим, добиться более равномерной развесовки по осям. Положительное влияние это конструктивное решение оказывает и на управляемость автомобиля.

Сегодня алюминий – второй материал по процентному содержанию в общем весе автомобиля и применяется в производстве кузовов и компонентов подвесок, шасси, а также в блоках цилиндров, и других компонентах двигателя. Более 30% производимого алюминия используется сегодня в автомобилестроении и транспорте. Содержание алюминия в общем весе автомобиля будет увеличиваться год от года. Cчитается, что 1 кг алюминия может заменить до 2 кг стали или чугуна во многих областях применения. Чем больше в автомобиле используется алюминия, тем автомобиль легче, что означает, что он потребляет меньше топлива и выбрасывает меньше вредных газов в атмосферу. Было подсчитано, что в 2006 году в мире было произведено 65 млн. автомобилей. Если бы в каждом из этих автомобилей кузов, двигатель и другие детали были изготовлены из алюминия вместо стали, то в воздух было бы выброшено на 140 миллионов тон меньше CO2, а экономия топлива за все время службы всех автомобилей позволила бы сэкономить 60 млрд. литров сырой нефти.