Materiale utilizate in constructia autovehiculelor moderne

O tendinta ce se manifesta, in domeniul materialelor din care se executa piesele de autovehicule este aceea a inlocuirii fontei cu aluminiul si aliajele sale, masele plastice si materialele compozite (ponderea greutatii materialelor ce intrau in constructia unui autoturism produs de General Motors in anul 1988 se prezenta astfel: fonta 10,5 %, otel 60%, aluminiu 6,7%, plumb 0,7%, cupru 1,0%, zinc 0,3%, sticla 2,7%, cauciuc 2,8%, materiale plastice 9,0% alte materiale 6,3%).
Pentru modelele de viitor, marile firme producatoare de autoturisme extind nomenclatorul reperelor ce vor fi realizate din materiale neconventionale. Astfel, daca la autoturismele europene de clasa medie aflate in productie (Volkswagen Golf si Audi) greutatea pieselor de aliaje usoare si materiale plastice reprezinta 8-10%, iar la cele japoneze 16% (Datsun), aceasta va ajunge in viitorii ani la 20-35% (Renault, la modelul experimental EVE, utilizeaza piese din aliaje usoare si materiale plastice a caror greutate reprezinta 35% din cea a autoturismului, Peugeot, pe prototipul experimental VERA foloseste 167 kg piese din materiale plastice si compozite, Porsche 928 are in constructie 70 de repere din aluminiu, cantarind 265 kg, ceea ce reprezinta 29% din masa totala Fiat a inclus in conceptia modelului VSS piese din materiale plastice, care detin 25% din greutatea vehiculului).
Datorita posibilitatilor de obtinere economica, prin procedee moderne de turnare si prelucrare, bunei rezistente la coroziune, conductibilitatii termice ridicate, aspectului placut si greutatii reduse, a reperelor din aluminiu, o serie de piese cum sunt blocurile motoarelor, chiulasele, pistoanele, cilindrii (Mercedes foloseste tehnologia elaborata de Reynolds Metals la turnarea blocului motor din aliaj supereutectic pe baza de aluminiu cu 17% siliciu, pistoanele si cilindrii se executa din aluminiu tratat special impotriva coroziunii, camasile cilindrilor sunt finisate dupa lepuire cu scule diamantate si supuse ulterior decaparii electrochimice), radiatoarele, carcasele cutiilor de viteze, ambreiajelor, diferentialelor, puntilor si alternatoarelor, accesoriilor sistemelor de franare si directie, elementele de caroserie si ornamentele, jantele etc. se executa din aliajele acestui material.
Temperatura ridicata din exploatare si aciditatea crescuta a uleiurilor intrebuintate la ungerea motoarelor diesel de mare turatie impun folosirea unui aliaj special aluminiu-siliciu (Al-11 Si-1 Cu) pentru lagarele de alunecare ale arborelui cotit. Aliajul acesta este superior celui cu staniu (Al-20 Sn-Cu).
Comparand rezultatele mecanice si densitatile diferitelor materiale, rezulta ca o piesa din aluminiu cu masa de 1kg poate inlocui una din fonta de 2,2kg. Daca se mai adauga la aceasta si economiile de 0,5kg material care se obtin prin efectele dependente (usurarea motorului, transmisiei, suspensiei etc.), reiese ca unui kilogram de aluminiu utilizat in constructia unui automobil, ii corespunde o reducere a greutatii totale a acestuia cu 1,7kg.
Un salt in modernizarea autovehiculelor l-a constituit introducerea materialelor plastice, mai intai ca inlocuitoare ale celor traditionale (piele, materiale textile naturale, arcuri metalice), iar o data cu aparitia ABS-ului, poliuretanului, policarbonatilor, poliacetatului, fluorocarbonului, rasinilor acrilice etc. ca elemente de baza pentru piese cu rol decorativ si functional.
Aceasta evolutie a continuat cu solutii indraznete, care au condus la aparitia unor materiale cu proprietati complet noi, obtinute prin combinarea rasinilor cu fibrele sintetice de mare rezistenta si foliile metalice.
Printre reperele reprezentative fabricate din materiale plastice si compozite se pot mentiona usile, aripile, capotele motorului si portbagajului, planseul pavilionului, parasocurile, grilele, ornamentele, volanul, tabloul si accesoriile panoului de bord, consola, scaunele, tapiteria interioara, arborii de actionare (realizati din fibre de aramid 70% si rasini epoxidice 30%), geamurile spate si laterale (din Lusita SAR – Super Abrasive Resistent Schelet), reflectoarele si dispersoarele farurilor (din policarbonat transparent acoperit cu o pelicula de lac rezistent la abraziune), axele puntilor spate (65% fibre de sticla si 35% SMC – Sheet Molding Compound), lampile de pozitie si semnalizare, circuitele electrice flexibile, bacurile si separatoarele acumulatoarelor electrice, rezervoarele, conductele sistemelor de alimentare si de franare, ventilatoarele, lagarele de alunecare si rostogolire, bazinele radiatoarelor, rotulele si calotele sistemului de directie, filtrele de aer, combustibili si lubrifianti, pinioanele, bielele motoarelor, arcurile, barele de torsiune, arborii cardanici etc.
Fabricarea in serie a automobilelor construite numai din materiale plastice este in prezent o viziune in curs de materializare. In acest sens, deja au fost explorate noi conceptii constructive in care otelul constituie suportul panourilor caroseriei, elementelor de actionare, rotilor si habitaclului din polimeri.
Materialele plastice si compozite patrund in constructia motoarelor. Astfel motorul Holtzberg (fabricat in SUA) cu 4 cilindri si puterea de 234kW are 60% din piese (colectorul de admisie, bielele, fustele pistoanelor, parti ale supapelor, carterele, capacele, pinioanele) fabricate din materiale plastice speciale (Torlon – un polimer cu rezistenţă foarte ridicată la tractiune), motorul model 234 al firmei Polimotor Research (SUA), cu putere de 130kW la 5800rpm (4 cilindri, cilindreea totala 2,3 dm3, 16 supape) introdus in fabricatia de serie, are blocul si chiulasa din materiale plastice.
Materialele ceramice, cum sunt nitrurile si carburile de siliciu, carburile si nitrurile de bor, titanatul de aluminiu, oxidiul de zirconiu, silicatul de magneziu-aluminiu, etc., datorita conductibilitatii si dilatarii termice reduse, bunei porozitati si calitatilor antifrictiune acceptabile, precum si simplitatii tehnologiilor de executie a pieselor, se extind ca inlocuitoare ale celor traditionale in constructiile supapelor, scaunelor si ghidurilor de supape, camerelor de ardere divizate, izolatorului termic al capului pistonului, colectoarelor de evacuare, rotoarelor turbinei.
Pentru confectionarea caroseriilor automobilelor moderne se foloseste tabla Monogal (protejata galvanic prin zincare pe una din fete si acoperita pe cealalta cu o pelicula protectoare de pulbere de fier si aliaj de zinc) sau cea Zincrometal. Zincrometalul este un sistem bistrat aplicat continuu pe o tabla de otel laminata la rece. Primul strat (Dacromet), cu grosimea de 2μm, este realizat dintr-o solutie apoasa ce contine ca elemente principale acidul cromic si pudra de zinc, iar al doilea (Zincromet) este o rasina bogata in zinc, special studiata pentru a permite sudarea prin rezistenta.