Hoje, o termo "leve" evoluiu de um termo na indústria automotiva para um termo de alta frequência na mídia. Em termos simples, leveza significa reduzir o peso do veículo o máximo possível, com a premissa de garantir a resistência e a segurança do veículo, melhorando assim sua potência, reduzindo o consumo de combustível e a poluição do escapamento. Quanto às vantagens e desvantagens da estrutura da carroceria totalmente em alumínio, você pode consultar este artigo:A estrutura do carro toda em alumínio é boa ou ruim?".
Nos últimos anos, devido aos requisitos cada vez mais rigorosos de proteção ambiental e economia de energia, a leveza dos automóveis se tornou uma tendência imparável no desenvolvimento de automóveis no mundo.
De acordo com o relatório da Associação Europeia do Alumínio, cada redução de 100 kg na massa do veículo pode economizar 0.6 L de combustível por 100 quilômetros e reduzir as emissões de CO2800-900 g. A densidade do alumínio é de apenas 1/3 da do aço e possui boa plasticidade e reciclabilidade, tornando-o um material leve ideal para automóveis.
Durante a primeira e a segunda crises do petróleo, na década de 1970, diante da alta dos preços do petróleo, montadoras de todo o mundo tentaram usar ligas de alumínio para fabricar radiadores, cabeçotes e para-choques, que antes eram de aço. Melhorar a eficiência de combustível.
Desde então, a proporção de ligas de alumínio em automóveis continuou a aumentar. De acordo com dados de pesquisa divulgados pela renomada consultoria Ducker Worldwide, a quantidade média de alumínio usada em carros europeus triplicou desde 1990, de 50 kg para os atuais 151 kg, e aumentará para 196 kg em 2025.
Atualmente, a tendência para veículos leves é cada vez mais acirrada, e ligas de alumínio são amplamente utilizadas em cubos de rodas, motores, radiadores, tubos de óleo, etc.
A massa da carroceria representa cerca de 40% da massa total do veículo. A massa leve da carroceria desempenha um papel fundamental para a leveza de todo o veículo. De acordo com dados da EuroCarBody 2016, a taxa de aplicação de liga de alumínio atingiu mais da metade da qualidade da carroceria branca (ou seja, a carroceria soldada, mas não pintada) de alguns modelos de ponta.
Por exemplo, a taxa de aplicação da liga de alumínio do Aston Martin DB11 chega a 86.1%, a do Honda NSX de segunda geração (Acura NSX) chega a 79.0% e a do Land Rover Discovery de quinta geração (Land Rover Discovery) chega a 62.9%.
No entanto, a aplicação de ligas de alumínio na carroceria de modelos comuns ainda é relativamente pequena. Segundo dados da renomada consultoria Ducker Worldwide, a taxa de penetração de chapas de liga de alumínio em carrocerias de automóveis foi de apenas 4% em 2015.
Hoje, a fabricação de carrocerias totalmente em alumínio ainda é uma tecnologia de ponta, aplicada apenas a alguns modelos de ponta. A redução do peso da carroceria é um importante tópico de pesquisa no desenvolvimento de veículos leves para fabricantes de automóveis.
Principais tipos de ligas de alumínio para veículos
Atualmente, as ligas de alumínio para automóveis podem ser divididas em ligas de alumínio fundido e ligas de alumínio deformadas, entre as quais as ligas de alumínio fundido são as principais, representando cerca de 66%. As ligas de alumínio deformadas podem ser divididas em chapas laminadas (18%), perfis extrudados (11%) e um pequeno número de forjados (5%).
Vale ressaltar que, embora a liga de alumínio fundido ainda seja a principal forma de liga de alumínio para veículos em 2016, sua participação caiu 8 pontos percentuais em comparação a 2012.
Em contrapartida, a participação de chapas laminadas aumentou significativamente de 13% em 2012 para 18% em 2016, devido ao desenvolvimento da carroceria leve. Ao mesmo tempo, a participação de perfis extrudados e forjados não apresentou grande alteração.
Liga de alumínio fundido
As ligas de alumínio fundido são os tipos de ligas de alumínio mais amplamente utilizados na maioria dos automóveis, e são amplamente utilizados em peças estruturais como rodas, peças de motor, chassis, suportes de amortecedores e armações espaciais. Na indústria automotiva, as rodas de liga de alumínio fundido são as peças mais populares, com alta taxa de aluminização.
Atualmente, a grande maioria das rodas de liga de alumínio é feita de liga A356 por fundição de baixa pressão, e algumas rodas de alta qualidade são feitas por fundição por compressão (forjamento em matriz industrial), forjamento ou tecnologia de fiação.
Tanto o bloco de cilindros quanto o cabeçote do motor requerem materiais com boa condutividade térmica e forte resistência à corrosão, sendo estas as vantagens das ligas de alumínio. Atualmente, um grande número de automóveis utiliza blocos de cilindros e cabeçotes de alumínio, mas o ferro fundido ainda é utilizado em algumas aplicações que exigem alta resistência e alta resistência.
Nos últimos anos, o desenvolvimento de novas ligas Al-Si-Cu-Mg-Fe e o desenvolvimento de tecnologias de fundição correspondentes permitiram que as peças fundidas de ligas de alumínio alcançassem maior desempenho, promovendo ainda mais a aplicação de ligas de alumínio em componentes de motores (incluindo motores a diesel).
Existem também vários métodos de fundição para o bloco e o cabeçote, como fundição por gravidade e fundição de baixa pressão. Além disso, ligas de alumínio fundido são amplamente utilizadas em suportes de amortecedores, baterias de veículos elétricos, caixas estruturais e outras peças estruturais. Como essas peças são, em sua maioria, peças de paredes finas e formas complexas, as ligas de Al-Si são produzidas principalmente por fundição de alta pressão.
Liga de alumínio deformada
Em comparação com ligas de alumínio fundido, a participação média de aplicação de ligas de alumínio forjado em automóveis ainda é pequena. De acordo com uma pesquisa da Ducker Worldwide, as ligas de alumínio forjado representaram apenas 34% das ligas de alumínio automotivo em 2016 (18% para chapas laminadas, 11% para perfis extrudados e 5% para forjados).
No entanto, em alguns modelos de ponta com carrocerias totalmente em alumínio, a proporção de ligas de alumínio deformadas é muito maior do que a de ligas de alumínio fundido. Atualmente, a indústria tem investido muito em pesquisa, desenvolvimento e tecnologia de aplicação de ligas de alumínio deformadas, incluindo a tecnologia de carrocerias totalmente em alumínio, e sua proporção tem aumentado rapidamente.
A Ducker Worldwide prevê que, devido ao rápido desenvolvimento da tecnologia de carrocerias de liga de alumínio, a aplicação de ligas de alumínio forjado (especialmente chapas laminadas) em automóveis dará início a um rápido crescimento.
As ligas de alumínio deformadas para veículos incluem principalmente as séries 5xxx (série Al-Mg), 6xxx (série Al-Mg-Si) e, em pequena quantidade, as séries 2xxx (série Al-C) e 7xxx (série Al-Zn-Mg). Entre elas, as ligas da série 5xxx não podem ser reforçadas por tratamento térmico e apresentam excelente conformabilidade. No entanto, após a conformação, o ponto de escoamento pode ser estendido e a superfície enrugar, o que afeta a qualidade da aparência do produto. Portanto, é usada principalmente em peças com formas complexas, como placas internas.
As ligas da série 6xxx podem ser reforçadas por tratamento térmico através da solução sólida de Mg e Si e da precipitação da fase Mg2Si durante o envelhecimento. Após o revestimento e a secagem, a resistência é aprimorada e elas apresentam alta resistência a amassados, sendo adequadas para painéis externos, estruturas de carroceria e outras aplicações. Resistência e rigidez.
Além das chapas laminadas, os perfis extrudados também são importantes ligas de alumínio deformadas para veículos, que geralmente são adequadas para peças estruturais de seção igual, como para-choques, caixas de absorção de energia e seções dianteiras de vigas longitudinais dianteiras, soleiras de portas e seções traseiras de vigas longitudinais traseiras.
O 6xxx de média resistência é o principal material para perfis extrudados devido à sua alta taxa de extrusão e qualidade superficial, bem como às suas propriedades de endurecimento por envelhecimento durante a extrusão. Em alguns casos, com requisitos de resistência mais elevados, ligas de alumínio da série 7xxx de alta resistência também são utilizadas para produzir perfis extrudados.
Como a liga de alumínio automotiva se desenvolverá?
As ligas de alumínio desempenharam um papel importante na onda de veículos leves, mas também enfrentam desafios importantes. A redução de peso não exige apenas a redução de peso, mas também um equilíbrio entre desempenho, segurança, custo e peso do veículo.
Atualmente, a resistência do núcleo enfrentada pelas ligas de alumínio para veículos ainda é de alto custo, o que torna a aplicação de carrocerias totalmente de alumínio limitada apenas a modelos de alto padrão e, por enquanto, não pode ser expandida para um grande número de modelos econômicos. A limitação de desempenho da liga de alumínio também é um fator importante que restringe seu desenvolvimento. Ela ainda não pode substituir o aço em algumas peças.
Ao mesmo tempo, a tecnologia de conexão de ligas de alumínio, especialmente tecnologias de conexão multimateriais, como ferro fundido-alumínio, aço-alumínio, magnésio-alumínio, etc., também é um fator importante que dificulta a aplicação de ligas de alumínio em automóveis. O novo A8 D5 da Audi "abandonou" a carroceria totalmente de alumínio, que persiste há mais de 20 anos, e adotou um peso considerável de aço de alta resistência.
Afetado por isso, o modelo D5 é 51 kg mais pesado que o modelo da geração anterior, mas a rigidez torcional do corpo é aumentada em 24%, a segurança é bastante aprimorada e o custo também é bastante reduzido.
No âmbito do Sexto Plano-Quadro, a União Europeia organizou 38 unidades de 9 países e regiões para cooperar e implementar o projeto conjunto de pesquisa e desenvolvimento SuperLight-Car (SuperLight-Car) de 2004 a 2009.
A experiência deste projeto demonstra que o desenvolvimento contínuo de ligas de alumínio para veículos deve ser dedicado à pesquisa e ao desenvolvimento de novas ligas de alto desempenho e, ao mesmo tempo, a novas tecnologias de produção. O trabalho de pesquisa e desenvolvimento também precisa integrar recursos, liderados por fabricantes de automóveis, e cooperar com fornecedores de matérias-primas, peças e instituições de pesquisa científica relevantes para explorar em conjunto tecnologias avançadas de baixo peso e promover o estabelecimento de uma cadeia industrial relacionada à carroceria leve.
