قد تتساءل: "ما الذي يجعل استخدام الألومنيوم في السيارات شائعًا إلى هذه الدرجة؟" أو "ما الذي يجعله مادةً مثاليةً لهياكل السيارات؟" دون أن تدرك أن الألومنيوم استُخدم في صناعة السيارات منذ بداياتها. فمنذ عام ١٨٨٩، كان يُنتج بكميات كبيرة، ويُصبّ ويُدرَج ويُشكَّل في السيارات.
انتهزت شركات تصنيع السيارات الفرصة للعمل بمواد أسهل في التشكيل من الفولاذ. في ذلك الوقت، لم تكن هناك سوى أشكال أنقى من الألومنيوم، تتميز بليونتها العالية وقابليتها العالية للتشكيل ومقاومة ممتازة للتآكل تدوم طويلًا. دفعت هذه العوامل شركات تصنيع السيارات إلى صبّ ألواح هيكل السيارة بالرمل وتشكيلها، ثم لحامها وتلميعها يدويًا.
بحلول منتصف القرن العشرين، بدأت بعض شركات تصنيع السيارات المرموقة باستخدام الألومنيوم في سياراتها، بما في ذلك بوغاتي، وفيراري، وبي إم دبليو، ومرسيدس، وبورش.
لماذا تختار الألومنيوم في السيارات؟
السيارات آلات معقدة تتكون من حوالي 30,000 قطعة. هياكل السيارات، أو هيكلها، هي الأغلى والأكثر أهمية في تصنيع السيارات.
تشمل هذه الأجزاء الألواح الخارجية التي تُعطي شكلًا للمركبة، والألواح الداخلية التي تُعززها. تُلحم هذه الألواح معًا بالأعمدة والدرابزين. تشمل هياكل السيارات الأبواب الأمامية والخلفية، وعوارض المحرك، وأقواس العجلات، والمصدات، وأغطية المحرك، ومقصورات الركاب، والألواح الأمامية والسقفية والأرضية.
تُعد المتانة الهيكلية أهم متطلبات هياكل السيارات. ومع ذلك، يجب أن تكون هياكل السيارات خفيفة الوزن، وبأسعار معقولة، ومقاومة للصدأ، وتتمتع بالمواصفات الجذابة التي يبحث عنها المستهلكون، مثل خصائص تشطيب الأسطح الممتازة.
يلبي الألومنيوم مجموعة هذه المتطلبات لعدة أسباب:
التنوع
بطبيعته، يُعدّ الألومنيوم مادةً متعددة الاستخدامات بشكلٍ استثنائي. فقابليته للتشكيل ومقاومته للتآكل تجعله سهل الاستخدام والتشكيل.
كما أنه متوفر في أشكال مختلفة، مثل صفائح الألومنيوم، لفائف الألومنيوم، لوحة الألومنيوم، أنبوب الألومنيوم، أنبوب الألومنيوم، قناة الألومنيوم، شعاع الألومنيوم، شريط الألومنيوم، وزاوية الألومنيوم.
تتيح المرونة للألمنيوم أن يكون مادة مختارة لمجموعة من تطبيقات السيارات التي قد تتطلب خصائص مختلفة، سواء كانت الحجم والشكل، أو قوة الخضوع، أو طابع التشطيب، أو مقاومة التآكل.
سهولة العمل
يمكن تحسين جودة الأداء وتعدد استخداماته من خلال عمليات تصنيع متنوعة، مثل التصلب بالخبز، والتصلب بالترسيب، والسحب، والتلدين، والصب، والقولبة، والبثق. وتُسهّل تقنيات اللحام المُحسّنة عملية لحام الألومنيوم بنتائج أكثر أمانًا.
خفيف الوزن ومتين
يتميز الألومنيوم بنسبة قوة إلى وزن عالية، ما يعني أنه خفيف الوزن ومتين. وقد ركزت اتجاهات صناعة الألومنيوم في قطاع السيارات على خفض وزن المركبات، وهو هدف رئيسي في هذه الصناعة لتحقيق أهداف أكثر صرامة فيما يتعلق بالانبعاثات.
تؤكد الأبحاث التي أجرتها شركة Drive Aluminum أن استخدام الألومنيوم في السيارات يُخفّض وزنها ويزيد من استهلاك الوقود ومسافة القيادة في السيارات الكهربائية. ونظرًا لأن طلب المستهلكين والحوافز البيئية تُؤدي إلى زيادة إنتاج السيارات الكهربائية، فمن المتوقع أن يستمر استخدام الألومنيوم في هياكل السيارات في الارتفاع كوسيلة لتعويض وزن البطاريات وخفض الانبعاثات.
القدرة على السبائك
إن إمكانية خلط الألومنيوم مع مجموعة من العناصر لتعزيز الصفات مثل القوة والتوصيل الكهربائي ومقاومة التآكل يزيد من استخدامه في تصنيع السيارات.
يُقسّم الألومنيوم إلى سلاسل سبائك تُحدَّد حسب عناصر السبائك الرئيسية. تشمل سلسلة سبائك الألومنيوم 1xxx، 2xxx، 3xxx، 4xxx، 5xxx، 6xxx، و7xxx سبائك تُستخدم في هياكل السيارات.
قائمة درجات الألومنيوم المستخدمة في هياكل السيارات
1100
سلسلة 1xxx من الألومنيوم هي أنقى أنواع الألومنيوم المتوفرة. تتميز صفائح الألومنيوم 1100، بنسبة نقاء 99%، بمرونة عالية. كما تتميز بمقاومة ممتازة للتآكل. كانت هذه السبائك من أوائل السبائك المستخدمة في المركبات، ولا تزال تُستخدم حتى اليوم، وخاصةً في العوازل الحرارية.
2024
يتم خلط سلسلة 2xxx من الألومنيوم مع النحاس. يستخدم 2024 غالبًا في تصنيع المكابس ومكونات الفرامل والدوارات والأسطوانات والعجلات والتروس لأنه يتميز بقوة عالية ومقاومة ممتازة للتعب.
3003، 3004، 3105
تتميز سلسلة 3xxx من الألمنيوم المنغنيز بقابلية تشكيل ممتازة. من المرجح أن تجد الأنواع 3003 و3004 و3105.
يتميز 3003 بقوة عالية، وقابلية تشكيل وتشغيل جيدة، وقدرة سحب ممتازة. يُستخدم غالبًا في أنابيب السيارات، وألواحها، بالإضافة إلى صبّ الطاقة للسيارات الهجينة والكهربائية.
يتشارك 3004 في العديد من خصائص 3003، ويمكن استخدامه أيضًا في ألواح شبك الغطاء والمشعات.
يتميز 3105 بمقاومة ممتازة للتآكل، وقابلية تشكيل، وخصائص لحام. يُستخدم في صفائح هياكل السيارات، وللاستخدام في الرفارف، والأبواب، وألواح الأرضيات.
4032
يتم خلط سلسلة 4xxx من الألومنيوم مع السيليكون. سيتم استخدام 4032 في المكابس، ومفاتيح الضاغط، ومكونات المحرك لأنه يظهر قابلية اللحام الممتازة ومقاومة التآكل.
5005، 5052، 5083، 5182، 5251
سلسلة 5xxx هي من أشهر هياكل السيارات المصنوعة من الألومنيوم. عنصرها الرئيسي هو المغنيسيوم، المعروف بقوته.
يظهر الرقم 5005 في ألواح الجسم وخزانات الوقود ولوحات التوجيه والأنابيب.
يُعتبر السبائك ٥٠٥٢ من أكثر السبائك استخدامًا، ولذلك يُستخدم في العديد من مكونات السيارات. ستجده في خزانات الوقود، ومقطورات الشاحنات، وألواح التعليق، وألواح العرض، والأقواس، ومكابح الأقراص والأسطوانات، والعديد من قطع غيار السيارات الأخرى غير الضرورية.
يعتبر 5083 ممتازًا لمكونات السيارات المعقدة مثل قواعد المحرك وألواح الهيكل.
يُعتبر 5182 دعامة أساسية لهياكل السيارات، بدءًا من الدعامات الهيكلية، ووصولًا إلى الأبواب، وأغطية المحرك، وألواح الجناح الأمامي.
يمكن رؤية 5251 في الألواح التلقائية.
6016، 6022، 6061، 6082، 6181
تتميز سلسلة 6xxx المصنوعة من الألومنيوم بأنها مصنوعة من المغنيسيوم والسيليكون، وتتميز ببعض من أفضل قدرات البثق والصب، كما أنها تتميز بطابع مثالي للتشطيب السطحي.
يتم استخدام 6016 و 6022 في تغطية هياكل السيارات والأبواب والصناديق والأسقف والمصدات والألواح الخارجية حيث تكون مقاومة الخدوش هي المفتاح.
يتميز 6061 بخصائص تشطيب سطحية متميزة، ومقاومة للتآكل، وقوة تحمل عالية. يُستخدم في العوارض المستعرضة، والفرامل، وأعمدة دفع العجلات، وهياكل الشاحنات والحافلات، والوسائد الهوائية، وخزانات الاستقبال.
يتميز 6082 بمقاومة عالية للصدمات، مما يجعله يُستخدم في الهياكل الحاملة للأحمال.
6181 يعتبر بمثابة ألواح خارجية للجسم.
7003، 7046
7xxx هي أقوى وأعلى فئة من السبائك قوة، وهي ممزوجة بالزنك والمغنيسيوم.
7003 عبارة عن سبيكة بثق تستخدم في المقام الأول للأشكال الملحومة في صناعة عوارض التأثير، ومنزلقات المقاعد، وتعزيزات الصدمات، وإطارات الدراجات النارية، والحافات.
يتميز 7046 بقدرات بثق مجوفة وخصائص لحام ممتازة. يُستخدم في تطبيقات مشابهة لـ 7003.
مستقبل الألومنيوم في السيارات
لدينا كل الأسباب للاعتقاد بأن ما لاحظه مصنعو السيارات في أواخر القرن التاسع عشر لا يزال قائمًا حتى اليوم: يُعدّ الألومنيوم خيارًا ممتازًا للسيارات! منذ طرحه لأول مرة، ساهمت السبائك وتقنيات التصنيع المُحسّنة في زيادة استخدام الألومنيوم في السيارات. وإلى جانب الاهتمام العالمي بالاستدامة والتأثير البيئي، من المتوقع أن يحقق الألومنيوم تأثيرًا واسعًا وعميقًا في صناعة السيارات.
المؤلف: سارة مونتيجو
المصدر: https://www.kloecknermetals.com/blog/aluminum-in-cars/
(في حالة الانتهاك، يرجى الاتصال بنا لحذفه.)
تم تحريره بواسطة ماي جيانج من MAT Aluminum
وقت النشر: ٢٢ مايو ٢٠٢٣
