background image

 

w w w . c h o m i k u j . p l / M a r W a g 9 8 7  

Materiały metalowe  

stosowane w budowie pojazdów samochodowych

 

Ogromny post

ę

p w motoryzacji zarówno w budowie nadwozi, podwozi, jednostek nap

ę

dowych 

to tak

ż

e nowe materiały wprowadzane do budowy pojazdów które maj

ą

 bezpo

ś

redni wpływ na 

mas

ę

, osi

ą

gi oraz zu

ż

ycie paliwa. Wła

ś

nie technologia materiałowa w technice motoryzacyjnej 

rozwija si

ę

 najszybciej -stosowane s

ą

 lekkie materiały o du

ż

ej wytrzymało

ś

ci odporne na 

korozj

ę

Oprócz metali stosowane s

ą

 włókna w

ę

glowe, szklane (karbon, kevral), tworzywa sztuczne, materiały 

ceramiczne, guma, szkło oraz elementy kompozytowe tj. konstrukcje mieszane np. stalowo-
aluminiowe wzmacniane włóknem w

ę

glowym.

 

W publikacji tej przedstawiam tylko materiały metalowe stosowane w budowie elementów pojazdów 
samochodowych.

 

Stopy aluminium 

Maj

ą

 najwi

ę

ksze znaczenie w budowie pojazdów samochodowych. S

ą

 znacznie l

ż

ejsze od stali i 

ż

eliwa, wyst

ę

puj

ą

 jako stopy z dodatkowymi takimi jak: krzem, mied

ź

, magnez, mangan, nikiel.

 

Stopy aluminiowe posiadaj

ą

 nast

ę

puj

ą

ce zalety:

 

 

mały ci

ęż

ar wła

ś

ciwy  

 

du

ż

a wytrzymało

ść

 mechaniczna  

 

dobre przewodnictwo cieplne  

 

niska rozszerzalno

ść

 cieplna  

 

niski współczynnik tarcia  

 

du

ż

a odporno

ść

 na zu

ż

ycie korozyjne i eksploatacyjne  

Stosowane s

ą

 na n/w elementy pojazdów samochodowych: 

 

nadwozia pojazdów (np.Audi ok.40%,l

ż

ejsze od tradycyjnych)  

 

kadłuby silników  

 

głowice, miski olejowe, kolektory dolotowe i wylotowe, d

ź

wigienki zaworów  

 

tuleje cylindrowe, chłodnice i wymienniki ciepła  

 

elementy klimatyzacji  

 

obudowy wspomagania układu kierowniczego  

 

półosie, wały nap

ę

dowe, wahacze.  

 

obudowy skrzyni biegów, ramy zawiesze

ń

  

 

błotniki, dach, pokrywy silnika, drzwi  

 

szkielety i podstawy foteli  

 

kielichowe mocowania kolumny McPhersona  

 

zaciski hamulcowe, tłoki silników  

 

elementy przyczep i naczep  

 

felgi, obr

ę

cze kół  

Ważniejsze stopy odlewnicze aluminium 

 

ALSi13Mg1CuNi(o zawarto

ś

ci 13% krzemu)- stosowane na tłoki silników (ZI)  

 

ALSi21CuNi(o zawarto

ś

ci 21% krzemu)- stosowane na tłoki silników (ZS)  

 

ALMg10 i ALMg5Si1(o zawarto

ś

ci 10 i 5% magnezu)- stosowane na odlewy odporne na 

korozj

ę

.  

 

ALSi11 i ALSi7(o zawarto

ś

ci 11 i 7% krzemu)- stosowane na felgi aluminiowe.  

background image

 

w w w . c h o m i k u j . p l / M a r W a g 9 8 7  

Dodatkowo do stopu dodawane s

ą

: magnez, 

ż

elazo, tytan lub stront w celu nadania im odpowiednich 

wła

ś

ciwo

ś

ci mechanicznych.

 

Stopy magnezu 

Magnez jest metalem 75(%) l

ż

ejszym od stali. W praktyce s

ą

 stosowane stopy magnezu z dodatkiem 

manganu, aluminium, cynkiem i cyrkonem.

 

Zalet

ą

 magnezu jest tak

ż

e mo

ż

liwo

ś

ci odlewania cz

ęś

ci o du

ż

ych powierzchniach i bardzo cienkich 

ś

ciankach (np.drzwi pojazdu) przy du

ż

ej dokładno

ś

ci wymiarów odlewu i stabilno

ś

ci kształtu.

 

  

Zastosowanie stopów magnezu 

 

szkielety koła kierownicy i foteli  

 

obudowy wału kierownicy  

 

obr

ę

cze kół jezdnych  

 

kolektory dolotowe  

 

pokrywy głowic i mechanizmu rozrz

ą

du  

 

skrzynie korbowe  

 

wsporniki tablic przyrz

ą

dów  

 

kadłuby silników  

 

obudowy skrzyni biegów  

 

miski olejowe  

Ponadto z elektronu (stopu magnezu z cynkiem i aluminium) - odlewa si

ę

 b

ę

bny hamulcowe.

 

Mosi

ą

dze 

-stopy miedzi i cynku (Cu-Zn) zawieraj

ą

ce do 40% cynku. Własno

ś

ci mechaniczne mosi

ą

dzów zale

żą

 

od zawarto

ś

ci cynku, u

ż

ywane w motoryzacji do wyrobu cz

ęś

ci odpornych na korozj

ę

 ,s

ą

 ci

ą

gliwe, 

łatwe do obróbki plastycznej.

 

Zastosowanie: 

 

do 4% Zn-rurki chłodnic  

 

do 37% Zn-rurki skraplaczy i chłodnic  

 

ą

cza elektryczne  

 

przewody w układach zasilania  

Ołów 

Głównie stosowane w przemy

ś

le samochodowym na elektrody akumulatorów mimo ró

ż

nych prób jego 

wyeliminowania z powodu toksyczno

ś

ci.

 

Ponadto ołów jest bardzo wa

ż

nym składnikiem stopów ło

ż

yskowych.

 

Tak

ż

e do niedawna ołów był głównym materiałem stosowanym na ci

ęż

arki wyrównowa

ż

aj

ą

ce kół 

samochodowych lecz obecnie jest zast

ę

powany ci

ęż

arkami cynkowymi. 

 

Ołów i inne metale stosowane w budowie akumulatorów 

 

akumulatory ołowiowo-selenowe, płyty ze stopu (PbSe) z dodatkiem antymonu.  

background image

 

w w w . c h o m i k u j . p l / M a r W a g 9 8 7  

 

akumulatory ołowiowo-wapniowe, płyty ze stopu PbCa - zalety ich to zmniejszenie zu

ż

ycia 

wody oraz mniejsze szcz

ą

tkowe pr

ą

dy ładowania.  

 

akumulatory hybrydowe-technologia hybrydowa polega na zastosowaniu w akumulatorze 
dwóch rodzajów płyt. O stopniu skomplikowania w/w akumulatorów 

ś

wiadczy du

ż

a ilo

ść

 

składników stopowych do płyt wapniowych: AL,Sn,Ca,Ni,Ag,Cd,Zn,Au,Re oraz Pb.  

 

akumulator Bosch Silver - zastosowano tam drobno krystaliczny stop srebra co powoduje, 

ż

opór wewn

ę

trzny w w/w akumulatorze jest mniejszy ni

ż

 w tradycyjnych,  ponadto okres 

u

ż

ytkowania ich wydłu

ż

a si

ę

 o 20%.  

 

akumulator litowo-jonowy. Lit jest mi

ę

kkim srebrzysto białym metalem najl

ż

ejszym 

ż

wszystkich pierwiastków wyst

ę

puj

ą

cych w stanie stałym. W/w akumulatory charakteryzuj

ą

 si

ę

 

krótkim czasem ładowania i długowieczno

ś

ci

ą

 w eksploatacji.  

Mied

ź

 

Jest głównym składnikiem stopów zwanych mosi

ą

dzami i br

ą

zami. Z uwagi na dobr

ą

 przewodno

ść

 i 

dobre własno

ś

ci mechaniczne mied

ź

 jest głównym materiałem przewodowym w technice 

motoryzacyjnej. Uzwojenia alternatorów, rozruszników, cewek zapłonowych, elektrycznych pomp 
paliwa itp. to głównie mied

ź

.

 

Ponadto na przewody elektryczne, którym stawia si

ę

 wy

ż

sze wymagania wytrzymało

ś

ciowe stosuje 

si

ę

 stopy miedzi ze srebrem, miedzi z kadmem i miedzi z manganem.

 

  

Br

ą

zy 

Stopy miedzi z cyn

ą

 i innymi metalami w których zawarto

ść

 miedzi zawiera si

ę

 w granicach 80-

90%(wagowo).

 

Br

ą

zy stosowane s

ą

 do budowy ło

ż

ysk 

ś

lizgowych, prowadnic i gniazd zaworowych, przekładni 

z

ę

batych i 

ś

limakowych. Ło

ż

yska 

ś

lizgowe wałów korbowych wykonuje si

ę

 ze stopów ło

ż

yskowych 

zło

ż

onych głównie z miedzi, cyny i ołowiu. Od materiałów ło

ż

yskowych wymagana jest du

ż

wytrzymało

ść

 mechaniczna, odporno

ść

 na zatarcie, korozj

ę

 i dobra obrabialno

ść

.

 

Przykłady brązów na łożyska ślizgowe: 

 

B1010 br

ą

z cynowo-ołowiowy(CuSn10Pb10- 9-11% Sn,Pb).  

 

B555 br

ą

z cynowo-cynkowy-ołowiowy(CuSn5Zn5Pb5 - 4-6% Sn,Zn,Pb).  

 

B444 br

ą

z cynowy(CuSn4Zn4Pb4 - 3-5% Sn,Zn,Pb) stosowany na tulejki korbowodów.  

Inne materiały na łożyskach ślizgowe 

 

stopy cynowe zwane babitami o składzie 89% Sn,8% Sb i 3% Cu  

 

krajowy stop Ł83 - 83% Sn,11% Sb i 6% Cu  

 

Ł16 - 16% Sb,2% Cu,16% Sn, reszta Pb  

 

PbSb10Sn6 - stop ło

ż

yskowy cyny i ołowiu stosowany na panwie ło

ż

ysk samochodowych 

pracuj

ą

cych przy du

ż

ym nat

ęż

eniu pracy.  

 

Ponadto na gniazda zaworów i spr

ęż

yn amortyzatorów stosowane s

ą

 br

ą

zy berylowe(1,6-

2,1% berylu) o oznaczeniu BB2(CuBe2Ni).  

Materiały stosowane na elementy silników spalinowych 

 

tłoki silników - najcz

ęś

ciej stosowane s

ą

 siluminy tj. stopy glinu z dodatkiem krzemu oraz i 

składnikami takimi jak mied

ź

, magnez, mangan i nikiel, odporny na korozj

ę

 o dobrej lejno

ś

ci. 

AK12 i AK20(12 i 20% krzemu) - to siluminy najbardziej popularne.  

 

głowice silników spalinowych - to stopy o oznaczeniu AK51 i AK52 ( o zawarto

ś

ci 4-6% Si).  

background image

 

w w w . c h o m i k u j . p l / M a r W a g 9 8 7  

 

wkładki kompensacyjne tłoków-stosuje si

ę

 inwar tj.stop 

ż

elaza(64%) i niklu(36%) z niewielkim 

dodatkiem w

ę

gla i chromu.  

 

Pier

ś

cienie tłokowe-

ż

eliwo szare lub stopowe z niewielk

ą

 ilo

ś

ci

ą

 chromu,niklu molibdenu oraz 

ż

eliwo sferoidalne(3,6-4,1% C i 2,6% Si).  

 

Sworznie tłokowe-stale stopowe konstrukcyjne do naw

ę

glania np.15HN(0,15% C,1,0% 

Cr,1,5% Ni) oraz 16HG(0,16% C,1,0% Cr,1,2%Mn).  

 

Korbowody-stale w

ę

glowe wy

ż

szej jako

ść

 35,40 i 45 oraz stale stopowe konstrukcyjne do 

ulepszania cieplnego 40H(0,40% C i 1,0% Cr) oraz 45G2 (0,45% i 1,6% Mn).  

 

Wały korbowe-odkuwa si

ę

 w matrycach ze stali lub odlewa si

ę

 ze specjalnych 

ż

eliw lub staliw.  

          -stali w

ę

glowe wy

ż

szej jako

ś

ci 40 lub 45 

          -niskostopowe stale chromowe 40H(0,40% C i 1,0% Cr). 
          -niskostopowe stale chromowo-molibdenowe 40HM(0,40% C,1,0% Cr i 0,25% Mo) 
          -

ż

eliwa stopowe do odlewania (2,6% C, 1,2% Ni,1,8% Mn, 2,2% Si).

 

 

Kadłuby-silników spalinowych z wstawiany tulejami stosuje si

ę

 

ż

eliwo 

ż

l250 z dodatkiem 

chromu i niklu.Ponadto coraz cz

ęś

ciej stosuje si

ę

 stopy lekkie tj.AK9 stop aluminium z 

krzemem (8,5-10,5% Si) oraz stopy magnezu.  

 

D

ź

wignie zaworowe-odkuwa si

ę

 ze stali 45 i 55 lub odlewa si

ę

 z 

ż

eliwa sferoidalnego.  

 

Zawory: 

-zawory ss

ą

ce-stal konstrukcyjna niskostopowa np.36HNM(Cr,Ni-1,0%,Mo-0,2%) 

H10S2M(10% Cr,2,2% Si, 0,8 Mo). 
W celu zwi

ę

kszenia trwało

ś

ci przylgni zaworów wylotowych stosuje si

ę

 napawane warstwy 

stellitu o grubo

ś

ci 1,5mm.Stellit to stop kobaltu, chromu i wolframu.  

Materiały stosowane w budowie dopalaczy katalitycznych (katalizator spalin) i sond lambda 

Do pokrycia monolitów ceramicznych lub metalowych w dopalaczach katalitycznych stosuje si

ę

 metale 

szlachetne: platyn

ę

, rod, pallad w stosunku 5; 1:2 (rod-jest najdro

ż

szy st

ą

d taki stosunek) oraz 

rzadziej ruten.

 

 

platyna- w postaci czystej jest to srebrzystobiały metal, kowalny i łatwo ci

ą

gliwy.  

 

rod-jest srebrzystoszyrym, l

ś

ni

ą

cym metalem, bardzo drogi.  

 

pallad-srebrzystoszary, l

ś

ni

ą

cy metal kowalny i ci

ą

gliwy.  

 

ruten-srebrzystobiały bardzo rzadki metal-wyst

ę

puje w rudzie platyny.  

 

cyrkon-srebrzystobiały metal charakteryzuje si

ę

 du

żą

 wytrzymało

ś

ci

ą

 mechaniczn

ą

  

 

ZrO

2

-dwutlenek cyrkonu stosuje si

ę

 do sporz

ą

dzania szlachetnej ceramiki 

ż

aroodpornej sond 

lambda.  

 

cer-metaliczny cer wydziela si

ę

 elektrolitycznie z chlorku CeCl

jest stalowoszarym, kowalnym, 

mi

ę

kkim i ci

ą

gliwym metalem. U

ż

ywany do produkcji siatek 

ż

arowych katalizatorów oraz jako 

składnik filtra cz

ą

stek stałych w dopalaczu katalitycznym silnika diesla.  

 

tytan-jest metalem o bardzo du

ż

ej wytrzymało

ś

ci, małej g

ę

sto

ś

ci i du

ż

ej odporno

ś

ci na 

korozj

ę

. Stosowany w budowie tytanowych sond lambda.  

Metale stosowane w budowie 

ś

wiec zapłonowych i 

ż

arowych 

Ś

wiece zapłonowe pojazdów samochodowych pracuj

ą

 w bardzo ci

ęż

kich warunkach (temperatura 

pracy 500-800(

O

C),ci

ś

nienie podczas spr

ęż

ania mieszanki ok.80 barów, napi

ę

cie zapłonu osi

ą

ga 30 

tysi

ę

cy woltów) ich elektrody zatem musz

ą

 by

ć

 odporne na wysokie temperatury, ci

ś

nienia, zu

ż

ycia 

erozyjne i korozyjne.

 

 

ś

wiece zapłonowe Bosch (typ Super Plus) elektroda 

ś

rodkowa w/w 

ś

wiec wykonana jest ze 

stopu z dodatkiem itru.  
Itr-to metal o srebrzystej barwie i temperaturze topnienia 1500(

O

C).  

background image

 

w w w . c h o m i k u j . p l / M a r W a g 9 8 7  

 

ś

wiece zapłonowe firmy NGK dla samochodów VW Polo i Lupo.Dla uzyskania przeskoku iskry 

przy ni

ż

szym napi

ę

ciu oraz ochrony elektrod przed korozj

ą

 i erozj

ą

 zostały one pokryte 

płytkami z platyny. Maj

ą

 one trwało

ść

 do 100 tys. km przebiegu pojazdu.  

 

innym rodzajem 

ś

wiecy zapłonowej firmy NGK s

ą

 

ś

wiece z elektrod

ą

 

ś

rodkow

ą

 z irydu.  

Iryd - jest pierwiastkiem chemicznym, metalem bardzo twardym odpornym na korozj

ę

.  

 

na 

ś

wiece 

ż

arowe silników z zapłonem samoczynnym stosowany jest “duratem”-opatentowaty 

stop kobaltowo-

ż

elazny.Dzi

ę

ki nowoczesnej technice 

ż

arzenia 

ś

wiece 

ż

arowe “duratem” 

osi

ą

gaj

ą

 850(

O

C) w 4 sekundy.  

W wyniku rozwoju i potrzeb współczesnych technologii udoskonalamy i otrzymujemy wci

ąż

 nowe 

materiały. W przemy

ś

le motoryzacyjnym coraz szersze zastosowanie znalazły kompozyty np.: mied

ź

-

wolfram lub aluminium-bor oraz nanomateriały tj. materiały o zmniejszonych wymiarach ziaren dzi

ę

ki 

którym mo

ż

na uzyska

ć

 znacznie lepsze własno

ś

ci fizyczne, mechaniczne, elektryczne - mi

ę

dzy innymi 

wzrost twardo

ś

ci i wytrzymało

ś

ci.

 

Tak

ż

e intermetale b

ę

d

ą

ce poł

ą

czeniem tytanu i aluminium w prawie jednakowych udziałach doskonale 

znajduj

ą

 zastosowanie do wytwarzanie łopatek turbin, zaworów itp.

 

 
 
 
---------------- 
 
 

http://www.zssplus.pl/www_publikacje/publikacje36.htm