Stale o wysokiej wytrzymałości w karoseriach hybrydowych

Toni Seidel
30.3.2017

Dlaczego stale głębokotłoczone zostały zastąpione przez stale o wysokiej i ultrawysokiej wytrzymałości? Ze względu na ich grubość a tym samym wagę, która powodowała, że karoserie były coraz cięższe i silniki musiały mieć większą moc. Zużywały przy tym duże ilości paliwa, wytwarzając bardzo dużo dwutlenku węgla i zatruwając powietrze.

Jeżeli zmniejszymy grubość stali głębokotłoczonej, osłabimy wytrzymałość karoserii podczas zderzenia, kiedy energia kinetyczna działa na strefy zgniotów, czyli osłabia elementy nośne karoserii. Aby zmniejszyć ciężar karoserii samonośnych, zmieniono koncepcję ich budowy. Przed ok. 15 laty zaczęto eksperymentować z nowoczesnymi stalami o wysokich i ultrawysokich wytrzymałościach. Konstrukcje nowych karoserii to szkielet elementów nośnych z wcześniej wspomnianych wysoko wytrzymałościowych stali:

  • stale głębokotłoczone o wytrzymałości 180–220 MPa
  • stale o wysokiej wytrzymałości na rozciąganie od 300 do 1500 MPa z granicą plastyczności w zakresie
    od 180–1300 MPa, a nawet do 1700 MPa.

Elementy takie jak wzmocnienie słupków „A” i „B”, wzmocnienie tunelu, elementy nośne i konstrukcja dachu są wykonane ze stali ultrawysoko wytrzymałościowej. Najczęściej zdarzają się kolizje w przedniej i tylnej strefie karoserii, wzmocnienie zderzaka przedniego i tylnego to bardzo ważny element. Aby ukształtować stal o ultrawysokiej wytrzymałości, należy ją podgrzewać w piecach indukcyjnych w temperaturze od 850 do 950°C.

W konstrukcji karoserii ze stali ultrawysoko wytrzymałościowej połączonej ze stalą borową a następnie z tzw. crashboxami. Crashboxy mają za zadanie pochłanianie energii uderzeniowej powstającej przy prędkości do ok. 15 km/h. Wykonane są one ze stali głębokotłoczonej, a połączone z podłużnicami metodą spawania lub skręcania.

Pierwsza strefa po crashboxach to stal o wytrzymałości 300 MPa, następna strefa to stal o wytrzymałości rzędu 600 MPa, ostatnia zaś strefa to stal o wytrzymałości 1200 MPa. Taka podłużnica o zmiennej wytrzymałości nazywana jest „tailored blanks”, ponieważ ma zmienną grubość ścianki. Poszycia karoserii wykonane są ze stali o wytrzymałości 300 MPa, natomiast stopy aluminium mają dzisiaj wytrzymałość ok. 400 MPa i są stosowane jako wzmocnienia zderzaków.

Naprawy

Naprawa współczesnych karoserii wymaga dużej wiedzy i inwestycji w nowoczesne wyposażenie, które obejmuje między innymi nitownice o nacisku do 10 ton. Prawie każdy z producentów ma swoje dopuszczone i homologowane urządzenia i narzędzia. Stale o wysokiej i ultrawysokiej wytrzymałości mogą być nitowane jednostronnie lub dwustronnie, co zależy od dostępu do tych elementów.

Podczas naprawy elementów o wysokiej wytrzymałości zabronione jest stosowanie wysokich temperatur. Już temperatury rzędu 180°C zmieniają strukturę krystalograficzną metalu, a co za tym idzie także jego wytrzymałość. Zalecane przez producenta procedury oraz użycie odpowiednich narzędzi to podstawa dobrej i bezpiecznej naprawy. Metody łączenia w fabryce różnią się od tych warsztatowych.

Łączenie elementów nośnych w hybrydowych karoseriach jest możliwe tylko we wskazanych miejscach. Dzisiejsze technologie łączeń to klejenie i różnego rodzaju nitowanie zalecanymi przez producenta metodami warsztatowymi. Materiały stosowane jako elementy nośne ze stali wysoko i ultrawysoko wytrzymałościowej są trudno spawalne. Stale te mają już bardzo dużo naprężeń (są sprężyste). Jeżeli chcielibyśmy połączyć elementy ze stali ultrawytrzymałościowej ze stalą TRIP lub borową przez spawanie metodą MAG, obok spawu mogą wystąpić mikropęknięcia podczas chłodzenia tego materiału. W związku z tym łączenie tych materiałów powinno się odbywać metodą klejenia i nitowania przy zastosowaniu specjalnych wkładek dostarczanych przez producenta do naprawy wymienianego elementu. Zgrzewanie oporowe jest dopuszczalne tylko homologowanymi zgrzewarkami o parametrach 14 500 A i docisku kleszczy 450 daN chłodzonymi cieczą.

O Autorze

Tagi artykułu

Zobacz również

Chcesz otrzymać nasze czasopismo?

Zamów prenumeratę