Tendência leve automotiva acompanhada por liga de alumínio

Figura 1. Altera??es na quantidade média de alumínio usado em carros europeus

Hoje, o termo “l(fā)eve” evoluiu da terminologia da indústria automotiva para o vocabulário de alta frequência nas notícias da mídia. Em “Made in China 2025”, o peso leve também foi considerado uma dire??o importante para o desenvolvimento da indústria automobilística. Simplificando, o peso leve é reduzir o peso do veículo tanto quanto possível, garantindo a resistência e a seguran?a do veículo, melhorando assim a potência do veículo, reduzindo o consumo de combustível e reduzindo a polui??o do escapamento. Nos últimos anos, à medida que os requisitos de prote??o ambiental e conserva??o de energia se tornaram mais rigorosos, a redu??o do peso dos automóveis tornou-se uma tendência imparável no desenvolvimento dos automóveis do mundo. De acordo com a Associa??o Europeia de Alumínio, cada 100kg de carro de qualidade pode economizar 0,6L de combustível por 100 quil?metros e reduzir CO2800-900g. O alumínio tem uma densidade de apenas 1/3 do a?o e possui boa plasticidade e recupera??o. é um material leve ideal para automóveis. Durante a primeira crise do petróleo na década de 1970, diante do aumento dos pre?os do petróleo, as montadoras de todo o mundo tentaram usar ligas de alumínio para fabricar radiadores, cabe?otes e pára-choques de a?o. Eficiência do combustível. Desde ent?o, a propor??o de ligas de alumínio em automóveis vem aumentando. Segundo dados de pesquisas divulgadas pela famosa consultoria Ducker Worldwide, o consumo médio de alumínio nos carros europeus triplicou desde 1990, passando de 50kg para os atuais 151kg, e aumentará para 196kg em 2025.

Figura 2. Propor??o de distribui??o do alumínio automotivo europeu (140kg) (dados de 2012)

Atualmente, a tendência dos veículos leves está se tornando cada vez mais acirrada, e as ligas de alumínio s?o amplamente utilizadas em cubos, motores, radiadores e oleodutos. A qualidade da carroceria representa cerca de 40% da massa total do carro. Para a redu??o de peso de todo o carro, o peso da carroceria desempenha um papel importante. De acordo com a European Body Conference 2016 (EuroCarBody 2016), a taxa de aplica??o de liga de alumínio atingiu mais da metade da qualidade de alguns modelos de alta qualidade de carroceria em branco (ou seja, a carroceria que é soldada, mas n?o pintada ). Por exemplo, a taxa de aplica??o da liga de alumínio DB11 da Aston Martin é t?o alta quanto 86,1%, a segunda gera??o do Honda NSX (Acura NSX) é 79,0% e a 5a gera??o do Land Rover Discovery é 62,9%. No entanto, a aplica??o de ligas de alumínio na carroceria de modelos comuns ainda é relativamente pequena. Segundo dados da conhecida consultoria Ducker Worldwide, a penetra??o de painéis de liga de alumínio em carrocerias foi de apenas 4% em 2015. Hoje, a carroceria totalmente em alumínio ainda é uma tecnologia na ponta da piramide e é usada apenas em alguns modelos high-end. O corpo leve é um importante tópico de pesquisa no desenvolvimento de fabricantes de peso leve.

Figura 3. Distribui??o da aplica??o da liga de alumínio Aston Martin DB11

Atualmente, as ligas de alumínio para automóveis podem ser basicamente divididas em ligas de alumínio fundidas e ligas de alumínio deformadas, entre as quais as ligas de alumínio fundidas s?o usadas principalmente, representando cerca de 66%. A liga de alumínio deformada pode ser ainda dividida em chapas laminadas (18%), chapas extrudadas (11%) e uma pequena quantidade de pe?as forjadas (5%). Vale ressaltar que, embora a liga de alumínio fundido em 2016 ainda seja a principal forma de liga de alumínio automotiva, sua participa??o caiu 8 pontos percentuais em rela??o a 2012. Pelo contrário, devido ao desenvolvimento de carroceria leve, a parcela de laminados A chapa aumentou significativamente de 13% em 2012 para 18% em 2016. Ao mesmo tempo, a participa??o de perfis extrudados e forjados n?o muda muito.

Figura 4. Compara??o de ligas de alumínio automotivas europeias em 2016 e 2012

A liga de alumínio fundido é o tipo de liga de alumínio mais utilizado na maioria dos automóveis e é amplamente utilizada em pe?as estruturais como rodas, pe?as de motores, chassis, suportes de amortecedores e arma??es espaciais. Na indústria automotiva, as rodas de liga de alumínio fundido s?o as pe?as que mais crescem com taxas mais altas de aluminiza??o. Atualmente, a maioria das rodas de liga de alumínio é fabricada por fundi??o de baixa press?o usando a liga A356, e algumas rodas de alta qualidade s?o fabricadas por fundi??o por extrus?o, forjamento ou fia??o. O bloco de cilindros e a cabe?a do motor exigem boa condutividade térmica e resistência à corros?o, o que é a vantagem da liga de alumínio. Atualmente, um grande número de carros nacionais e estrangeiros usa blocos de cilindros e cabe?otes de alumínio, mas o ferro fundido ainda é usado em alguns lugares onde s?o necessárias alta resistência e alta resistência. Nos últimos anos, o desenvolvimento de novas ligas Al-Si-Cu-Mg-Fe e o desenvolvimento das tecnologias de fundi??o correspondentes permitiram que as pe?as fundidas de liga de alumínio alcancem um desempenho mais alto, promovendo ainda mais a aplica??o de ligas de alumínio nos componentes do motor, incluindo motores a diesel. Os métodos de fundi??o para cabe?as de cilindro também s?o diversos, como fundi??o por gravidade e fundi??o de baixa press?o. Além disso, as ligas de alumínio fundido têm sido amplamente utilizadas em pe?as estruturais, como suportes de amortecedores, baterias de veículos elétricos e armários estruturais. Como esses componentes s?o principalmente membros de paredes finas com formas complicadas, eles geralmente s?o fabricados por um método de fundi??o de alta press?o usando uma liga de Al-Si.

Comparado com as ligas de alumínio fundido, a parcela média de aplica??o de ligas de alumínio deformadas nos automóveis ainda é pequena. De acordo com uma pesquisa da Ducker Worldwide, as ligas de alumínio deformadas representaram apenas 34% de ligas de alumínio automotivas em 2016 (18% para chapas laminadas, 11% para perfis extrudados e 5% para forjados). No entanto, em alguns modelos de ponta que usam um corpo todo em alumínio, a participa??o do alumínio deformado é muito maior do que a do alumínio fundido. Atualmente, o setor investiu pesadamente na tecnologia de pesquisa e desenvolvimento e aplica??o de ligas de alumínio deformadas, incluindo a tecnologia de carroceria de alumínio, e sua propor??o aumentou rapidamente. A Ducker Worldwide prevê que, devido ao rápido desenvolvimento da tecnologia de carroceria de liga de alumínio, a aplica??o de ligas de alumínio deformadas (especialmente chapas laminadas) em automóveis dará início a um rápido crescimento (como mostra a Figura 1).

A liga de alumínio deformada automotiva inclui principalmente uma série 5xxx (tipo Al-Mg), um tipo 6xxx (tipo Al-Mg-Si) e uma pequena quantidade de série 2xxx (tipo Al-Cg) e tipo 7xxx (tipo Al-Zn- tipo mg). Entre eles, a liga da série 5xxx n?o pode ser tratada termicamente e refor?ada, e a propriedade de moldagem é excelente. No entanto, após a conforma??o, o ponto de escoamento é prolongado e a superfície enrugada, o que afeta a qualidade da aparência do produto e, portanto, é usado principalmente para uma forma complicada, como um painel interno. A liga da série 6xxx pode ser tratada termicamente e refor?ada pela solu??o sólida de Mg e Si e a precipita??o de envelhecimento da fase Mg2Si. A resistência após o revestimento e a secagem é melhorada e a resistência ao amassado é alta, o que é adequado para os requisitos do painel externo e da estrutura do corpo. For?a, rigidez. Com exce??o da chapa laminada, os perfis extrudados também s?o importantes ligas de alumínio deformadas para automóveis, geralmente adequadas para pe?as estruturais de se??o igual, como pára-choques, caixa de absor??o de energia, se??o frontal da viga longitudinal dianteira, soleira, se??o traseira da viga longitudinal traseira. O 6xxx de resistência média é o principal material para perfis extrudados devido à sua alta taxa de extrus?o e qualidade de superfície, bem como propriedades de endurecimento por idade durante a extrus?o. As ligas de alumínio 7xxx de alta resistência também s?o usadas para produzir perfis extrudados onde é necessária alta resistência. Ao mesmo tempo, para melhorar a resistência ao impacto, os perfis dos perfis s?o principalmente “boca”, “dia” e “malha”.

Figura 5. Caixa absorvente de energia do tipo “Dia” para perfis extrudados (antes da colis?o à esquerda e após a colis?o à direita)

As ligas de alumínio desempenham um papel importante na onda de carros leves, mas também enfrentam desafios importantes. Na verdade, reduzir o peso n?o é apenas reduzir o peso, mas equilibrar o desempenho, a seguran?a, o custo e o peso do veículo. Atualmente, a resistência do núcleo das ligas de alumínio automotivo ainda é de alto custo, o que torna a aplica??o do corpo totalmente em alumínio limitada apenas a modelos de ponta e temporariamente incapaz de expandir para um grande número de modelos econ?micos. A limita??o de desempenho das ligas de alumínio também é um importante fator que restringe seu desenvolvimento. Em algumas partes, ainda n?o pode substituir o a?o. Ao mesmo tempo, a tecnologia de conex?o de ligas de alumínio, especialmente a tecnologia de uni?o multimaterial de ferro fundido-alumínio, a?o-alumínio, magnésio-alumínio, etc., também é um fator importante na aplica??o de ligas de alumínio em automóveis. O novo A8 D5 da Audi “descartou” a carroceria toda em alumínio que está em uso há mais de 20 anos, e usou um a?o de alta resistência com peso considerável. Afetado por isso, o modelo D5 ganhou 51 KG a mais que o modelo anterior, mas a rigidez de tor??o do corpo aumentou em 24%, a seguran?a foi bastante aprimorada e o custo foi bastante reduzido.

No ambito do sexto programa-quadro, a UE organizou 38 unidades em nove países e regi?es em 2004-2009 para implementar o projeto conjunto de pesquisa e desenvolvimento de órg?os super leves (SuperLight-Car). A experiência deste projeto mostra que o desenvolvimento futuro de ligas de alumínio automotivas deve se concentrar no desenvolvimento de novas ligas de alto desempenho e novas tecnologias de produ??o. O trabalho de P&D também precisa integrar recursos. As montadoras v?o liderar a coopera??o com matérias-primas, fornecedores de pe?as e institui??es de pesquisa científica relacionadas para explorar conjuntamente tecnologias leves avan?adas e promover o estabelecimento de uma cadeia industrial leve.

Principais materiais de referência:

1.Hirsch, J. (2014). Desenvolvimento recente em alumínio para aplica??es automotivas. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 24 (7), 1995-2002.

2.Hirsch, J. (2011). Alumínio com design inovador para veículos leves. Transa??es de Materiais, 52 (5), 818-824.

3. Lahaye, C., Hirsch, J., Bassan, D., Criqui, B., Sahr, C., Goede, M. e Volkswagen, AG (2008). Contribui??o do alumínio para o design BIW leve e multi-material do superlight-car [C]. Em HIRSCH J, SKROTZKI B, GOTTSTEIN G. Anais da 11a Conferência Internacional sobre Ligas de Alumínio. Weinheim: WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA (pp. 2363-2373).

Conteúdo 4.Aluminum nos carros. Ducker Worldwide, https://www.ducker.com/

5. Alumínio em carros, desbloqueando o potencial de peso leve. Associa??o Europeia do Alumínio, https://www.european-aluminium.eu/

Os dados foram analisados por meio de entrevistas semiestruturadas e entrevistas semiestruturadas. Carro super leve - constru??o leve gra?as a um design de materiais múltiplos e integra??o de fun??es, European Transport Research Review, 1: 5-10.

7.2016 European Body Conference (EuroCarBody) informa??es.