Φτιάχνουν Ι.Χ. από «πράσινο» ατσάλι

Ανθεκτικότερα και ελαφρύτερα οχήματα είναι ο στόχος της παγκόσμιας αυτοκινητοβιομηχανίας.
Γι΄ αυτό βρίσκονται σε αναζήτηση νέων υλικών υψηλής τεχνολογίας και επεμβαίνουν στο κύριο υλικό που χρησιμοποιείται για την κατασκευή αυτοκινήτων: το ατσάλι.

Το 60% του βάρους ενός σύγχρονου αυτοκινήτου εξακολουθεί να οφείλεται στο ατσάλι. Βέβαια, δεν μιλάμε για το ίδιο ατσάλι που χρησιμοποιούσε ο Φορντ στο Μodel Τ πριν από έναν αιώνα. Οι μεταλλουργοί και οι κατασκευαστές έχουν μάθει να αλλάζουν τη μικροδομή του χάλυβα μέσω ακριβέστατων μεθόδων επεξεργασίας. Το αποτέλεσμα είναι πολύ ανθεκτικά φύλλα ατσαλιού. Οι αυξημένες νομοθετικές απαιτήσεις για την ασφάλεια των αυτοκινήτων και την οικονομία των καυσίμων τούς αναγκάζουν να κάνουν τα αυτοκίνητα πολύ πιο ελαφρά και ανθεκτικά. Έτσι, το συμβατικό ατσάλι αντικαθίσταται από κράματα υψηλής αντοχής.

Σήμερα υπάρχουν περισσότερα από 3.500 διαφορετικά είδη χάλυβα με πολύ διαφορετικές φυσικές, χημικές και περιβαλλοντικές ιδιότητες. Σχεδόν τα τρία τέταρτα από αυτά δημιουργήθηκαν μόλις τα τελευταία 20 χρόνια.

Τα τεστ αντοχής. Παλιά, τα αυτοκίνητα κατασκευάζονταν από ένα είδος χάλυβα. Σήμερα για το αμάξωμα χρησιμοποιούνται 12 ή περισσότερα είδη ατσαλιού, διαφορετικής αντοχής. Αυτά μπαίνουν στη θέση τους με τη χρήση υπολογιστικών μοντέλων, με τα οποία αποφασίζεται σε ποια σημεία του αμαξώματος θα αποδώσουν τα μέγιστα και θα προστατέψουν τους επιβάτες από τα ατυχήματα. «Τα περισσότερα κομμάτια που χρησιμοποιούμε είναι ατσάλι υψηλής αντοχής ή εξαιρετικά υψηλής αντοχής», λέει ο αρχιμηχανικός της Φορντ, υπεύθυνος για την ασφάλεια, Στιβ Κόζακ. Τα πιο ανθεκτικά χρησιμοποιούνται στις πόρτες και σε άλλα μέρη, όπου στόχος είναι να σταματήσουν ένα ξένο αντικείμενο όπως είναι ο προφυλακτήρας άλλου αυτοκινήτου πριν μπει στον θάλαμο των επιβατών, ή στο επάνω μέρος του οχήματος όπου το ζητούμενο είναι να μην ισοπεδωθεί η οροφή του σε περίπτωση ανατροπής.

Στο μπροστινό και πίσω μέρος του αυτοκινήτου, όπου υπάρχει περισσότερος χώρος για να απορροφηθεί η ενέργεια μιας σύγκρουσης, χρησιμοποιείται ατσάλι που παραμορφώνεται ευκολότερα, αλλά ταυτόχρονα αποκτά μεγαλύτερη αντοχή. Ενισχύεται επίσης το ατσάλι σε κεντρικά μέρη του αμαξώματος, που είναι μετριότερης αντοχής.

Νέα προϊόντα. Η χαλυβουργία αναπτύσσει νέα προϊόντα για να αντέξει στην «επίθεση» του αλουμινίου, των πλαστικών και άλλων υλικών που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή αυτοκινήτων. Εδώ και δεκαετίες παράγεται ατσάλι υψηλής αντοχής, το οποίο αρχικά ήταν πολύ ακριβό και χρησιμοποιούνταν στην αεροναυπηγική. Τα τελευταία χρόνια, οι ειδικοί έχουν βρει τον τρόπο να παράγουν ατσάλι υψηλής αντοχής, αρκετά εύπλαστο για να μπορεί να διαμορφωθεί ανάλογα με τις νέες απαιτήσεις και να συνενωθεί με άλλα μέρη στη γραμμή παραγωγής: αλλάζουν τη δομή των ατόμων του ατσαλιού χρησιμοποιώντας υψηλές ή χαμηλές θερμοκρασίες. Όπως τα περισσότερα μέταλλα, το ατσάλι έχει κρυσταλλική δομή και αποτελείται από άτομα σιδήρου και άλλων υλικών. Το ατσάλι όμως δεν είναι ένας συνεχόμενος κρύσταλλος, όπως είναι το πυρίτιο που χρησιμοποιείται στην παραγωγή ημιαγωγών. Αποτελείται από κρυσταλλίτες, που ποικίλλουν σε μέγεθος και προσανατολισμό. Για να αλλάξουν την κρυσταλλική δομή του, οι μηχανικοί χρησιμοποιούν μεθόδους όπως η ψυχρή έλαση, η σκλήρυνση με πυράκτωση και η ταχεία ψύξη. Στην αυτοκινητοβιομηχανία, υπολογίζουν με πολύπλοκο τρόπο την ισχύ, το βάρος και το κόστος που απαιτούνται για να διαλέξουν ποιο είδος χάλυβα θα χρησιμοποιήσουν πού. Για ένα τμήμα του αυτοκινήτου που κατασκευάζεται από ανθεκτικότερο ατσάλι μπορεί να μειωθεί το βάρος του υλικού, αλλά ίσως απαιτούνται πολύπλοκα εργαλεία και γι΄ αυτό να εγκαταλειφθεί η χρήση του.

Σήμερα υπάρχουν περισσότερα από 3.500
διαφορετικά είδη χάλυβα με πολύ διαφορετικές φυσικές, χημικές και περιβαλλοντικές ιδιότητες

Ο πόλεμος της βιομηχανίας των υλικών

Η αυτοκινητοβιομηχανία λειτουργεί με βάση την ανάγκη για ολοένα ελαφρύτερα και πιο ανθεκτικά οχήματα, όπως αυτή διαμορφώνεται από τους νομοθέτες. Οι κατασκευαστές πρέπει να αντικαταστήσουν τμήματα από ατσάλι μέτριας αντοχής με υψηλής αντοχής και σε μερικές περιπτώσεις με αλουμίνιο, πλαστικά και άλλα υλικά.

Για τη βιομηχανία χάλυβα αυτό σημαίνει συνεχή ανάπτυξη προηγμένων προϊόντων, που θα είναι πιο ανθεκτικά αλλά ταυτόχρονα θα είναι πιο εύκολα διαμορφώσιμα. «Είναι μια συστηματική διαδικασία της επιστήμης των μηχανικών. Αν ξέρουμε ποιες είναι οι επιθυμητές ιδιότητες, μπορούμε να βρούμε ποια δομή χρειάζεται και να την επιτύχουμε με τον σωστό συνδυασμό κραμάτων και επεξεργασίας», εξηγεί ο Μπλέικ Ζουιντέμα, διευθυντής του τομέα εφαρμογών στην αυτοκινητοβιομηχανία σε χαλυβουργική εταιρεία.

Ακόμα και μικρές αλλαγές στη χαλυβουργία θα βοηθήσουν τους κατασκευαστές αυτοκινήτων να τηρήσουν τους νέους κανονισμούς για τα καύσιμα και την αντοχή στις συγκρούσεις. Έτσι, θα προτιμήσουν το ατσάλι από άλλα υλικά. «Είναι ένας πόλεμος με τις βιομηχανίες άλλων υλικών για την επικράτηση του χάλυβα ως κύριου υλικού για την κατασκευή αυτοκινήτων», λέει ο Ρίτσαρντ Σουλτζ που εργάζεται ως σύμβουλος αυτοκινητοβιομηχανίας.