رویای فلز سبک

نیاز به قطعات و لوازم سبک وزن بخصوص در صنایع هوایی و خودروسازی در شتاب بخشیدن به تولید مواد جدید نقش بسزایی داشته است.
برخی از این دستاوردها شامل آلیاژهای تیتانیومی با درجه حرارت بالا برای کاربردهای صنایع هوایی و انرژی، آلیاژهای آلومینیوم - لیتیوم برای مصارف قطعات بکار رفته در سازه های بدنه هواپیما، آلیاژهای منیزیم برای قطعات صنایع هوایی و خودروسازی وآلومینیوم و فولادهای با استحکام بالا برای سبک تر کردن شاسی و بدنه خودروها است.
پیش بینی می شود که پیشرفت های بیشتری در این زمینه بخصوص در بخش صنایع خودروسازی برای کاهش وزن خودرو، کاهش مصرف سوخت، رقابت درکاهش هزینه تولید وهمخوانی با نیازهای جدید زیست محیطی و ایمنی صورت پذیرد.
تحلیلگران معتقدند که فرصت خوبی برای شرکت های فلزی بوجود آمده است. بسیاری از مشتریان شرکت های ذوب فلزات درحال حاضر خواسته هایی دارند که درگذشته نداشته اند.
با توجه به اینکه هر بخشی از صنایع فلزی می تواند به سرعت برای محصولات کیفی خود بازاریابی کند، بنابر این می توان با اطمینان پیش بینی کرد که اکثر فلزات چندین بازار یا کاربرد خواهند داشت.
بعضی از مشتریان چیزی را که می خواهند این است که پاسخگوی نیازهای آنان باشد و در عین حال زیاد سنگین وزن و گران قیمت هم نباشد.
مشخصه های ذکر شده بتازگی در خصوص مدل های سواری بسیار موردتوجه قرار می گیرد. به عنوان مثال نه تنها وانت پرطرفدار فورد مدل F-150 بلکه Audi جدید اسپورت 2016 Q7 نیز دارای وزن سبکی است که بدنه آن از چندین مواد و جنس شاسی کاملا جدید ساخته شده که 100 کیلوگرم سبکتر از مدل قدیمی آن است. دلیل اصلی سبکی ساختار بدنه آن است که از فولاد نورد گرم با استحکام فوق العاده بالا
(UHSS) برای استحکام اتاقک سرنشینان استفاده شده و نیز آلومینیوم ریخته گری شده، مقاطع اکسترود شده در پنل های عقب و جلو و قسمت هایی بالایی آن بکار رفته است.
همچنین در ساخت درها، گلگیرهای جلو، کاپوت، درب صندوق عقب و اتصالات و قطعات معلق چرخ ها از ترکیبی از آلومینیوم و فولادهای با استحکام بالا استفاده شده است.
تولید مواد اولیه جدید
با توجه به تولید روزافزون مواد جدید، شرکت ها ترغیب می شوند تا افق مواد تولیدی خود را توسعه دهند. نمونه بارز این دستاوردها را می توان در عملکرد شرکت آلکوا ( یکی از بزرگترین مجتمع های تولیدکننده آلومینیوم و آلومینا) مشاهده کرد. قائم مقام شرکت می گوید : چون اکثر مشتریان ما از مواد شناختی ندارند، ما اخیرا توانسته ایم از توان و ظرفیت خود استفاده کنیم و به یک مرکز تولید مواد سبک تبدیل شده و قادر به پاسخگویی نیازهای مشتریان خود باشیم . شرکت توانسته است آلیاژهای جدیدی از آلومینیوم ، تیتانیوم و نیکل تولید کند و حتی به دستاوردهای تازه ای در زمینه تولید فولادهای جدید دست یابد.
بعضی از شرکت های معتبر و صاحب برند هم رویکرد مشابهی را اتخاذ کرده اند. به عنوان مثال شرکت فنی مهندسی سوئیسی جرج فیشر چندین سال است که قطعات آلومینیومی، منیزیمی و فولادی برای خودروسازان تولید می کند.
کارشناسان معتقدند که رقابت سنگین می تواند روش موثری در شتاب بخشیدن به فعالیت های تحقیق و توسعه شرکت ها باشد؛ اما دست اندرکاران صنعت فولاد برای نفوذ بیشتر در بازار خودرو تلاش ها و کارهای تحقیقاتی زیادی را در راستای حفظ و ارتقاء کاربرد فولاد از جنبه کمی و کیفی انجام می دهند اگر چه سایر مواد نیز رقابت نزدیکی با فولاد در این بازار دارند.
به هر صورت بتازگی فولادهای آلیاژی خاصی برای کاربرد در صنایع نفت و گاز تولید شده است. به عنوان مثال شرکت فولادسازی
Timken در امریکا فولاد C125 را تولید کرده که نوعی آلیاژ قوی ضد فرسایشی است و در برابر 125 هزار پوند در هر اینچ مربع فشار مقاوم بوده و برای استفاده در آستر لوله های استخراج نفت بین لوله جداره و لوله استخراج در چاه ها استفاده می شود. در حال حاضر فولاد ضدزنگ برای این کاربرد استفاده می شود. خواص این محصول مشابه فولاد ضد زنگ است که هزینه تولید آن ارزان تر و فولادی با آلیاژ پایین محسوب می شود.
شرکت فولادسازی نوکور امریکا می گوید: بعضی از محصولات جدید فولادی که ابتدا برای کاربرد در سواری ها تولید شده بود، توانست کاربردهای دیگری در سایر وسایل حمل ونقل و کاربردهای تجهیزات سنگین داشته باشد.
این شرکت فولادسازی در حال تولید مواد آلیاژی جدید نسل سومی است که فولادهای پیشرفته بسیار مستحکمی هستند و به زودی وارد بازار خواهند شد. این فولادها نه تنها بسیار مستحکم بلکه دارای خواص چکش خواری و شکل پذیری بالایی نیز هستند که به سازندگان تجهیزات اصلی این امکان را می دهد که ضمن کم کردن وزن، استحکام و جذب انرژی آن را در طی تصادف حفظ کرده و هزینه های کلی آن را کاهش دهند.
مدیر بخش تولید فولادهای خودرو در شرکت آرسلورمیتال می گوید که علاوه بر پیشرفت های حاصله در زمینه مواد اولیه، سرمایه گذاری در طراحی سازه های بدنه خودرو تاثیرات قابل توجهی داشته است. او اضافه می کند ما فولادهایی ساخته ایم که برای خودرو بسیار با ارزش است چون با چالش های طراحی برای هر بخش سازه بدنه خودرو آشنا هستیم.
صنعت فولاد امیدوار است که بتواند در ظرف 2 تا 3 سال آینده فولاد پیشرفته پر قدرت (AHSS) نسل سوم را وارد بازار کند. تاکنون فولادهای نسل اول AHSS از جمله فولادهای دو فازی و تریپ (TRIP) دارای پلاسیتیسه(Plasticity) حاصل از استحاله بوده و نوعی فولاد است که در آن از خواص حاصل از استحاله Martersitic در طی تغییر شکل پلاستیک استفاده می شود.

بدنبال استحکام بیشتر فولاد
فولادسازان همه ساله انواع فولادهای AHSS نسل اول با مقاومت کششی بالا را معرفی می کنند که دارای مقاومت 500 تا 550 MPa بوده و در حال حاضر فولاد 780MPa نسبتا متداول بوده و بعضی از فولادها با مقاومت 980Mpa نه تنها در حال تولید است بلکه در آینده در انواع مدل های خودرو بکار گرفته خواهد شد.
کارشناسان می گویند به طور عمده فولادهای AHSS در ساختار بدنه خودروها کاربرد دارند که به فولادهای Body-in-white معروف هستند.
صنعت فولاد در حال حاضر به طور پرتلاشی در زمینه تولید انواع فولادهایی فعالیت می کند که می توان آن را در بعضی از قسمت های شاسی و حتی قسمت هایی از بدنه خودرو(درها، کاپوت و صندوق عقب) بکار گرفت که درحقیقت به سمت مواد جایگزین بخصوص آلومینیوم در حرکت است.
کارشناس شرکت Us steel می گوید : ما در آینده نزدیکی شاهد فولادهای بسیار مستحکم تر TRIP جدیدی خواهیم بود که نسبت به فولادهای TRIP قبلی شکل پذیر هستند. این نواع فولادها شامل ساختار کریستالی چند آلیاژی هستند که بر خلاف ساختار کریستالی تک آهنی دارای قدرت و خاصیت چکش خواری بیشتری هستند. باتوجه به اینکه فولادهای TRIP در حال تولید است به طور عمده در قطعاتی که با گرما در ارتباط هستند استفاده می شوند اما امید می رود که در آینده نزدیک این نوع فولادها در ساختار بدنه خودرو هم بکار گرفته شوند.
کارشناسان می گویند آرسلور میتال بتازگی چندین نوع فولاد خودروسازی معرفی کرده است. فولاد Ductibor500 یک ورق فولادی نورد گرم اندودکاری شده آلومینیوم - سیلیکون (Mpa500) است که انرژی را جذب می کند و کاربردهای آن برای جوشکاری لیزری بوده و خواص چکش پذیری آن بالاست و در ساخت قطعاتی با استحکام محدود بکار می رود که در شرایط تصادف شدیدا تغییر شکل می دهند.
فولاد MartINsite M1700 یک فولاد نور سرد UHSS است که در ساخت قسمت های سپر، ستون درب، صندلی گهواره ای و بدنه یا ستون عرضی خودرو بکار می رود و وزن آن مانند آلومینیوم اکسترود شده بوده ، ارزان و شکل پذیر است.
فولاد DP 1180 یک فولاد دو فازه ای است که وزن آن سبک بوده و در قسمت های خودرو که به استحکام متوسطی نیازمند است مانند زیر و کناره های سازه خودرو استفاده می شود.
فولاد 780FC با استحکام کششی 780Mpa که در ساخت قطعات چرخ خودرو استفاده می شود و وزن آن مانند آلومینیوم سبک است.
علاوه بر این آرسلورمیتال بر روی تولید انواع فولادها کار می کند که در آینده نزدیکی وارد بازار خواهد شد که به مواردی چون سبکی، ایمنی ، کاهش سوخت و هزینه تولید توجه شده است.
آلیاژهای جدید آلومینیوم
در صنعت آلومینیوم نه تنها تلاش می شود که آلیاژهای کنونی این فلز برای کاهش وزن در صنایع خودروسازی و هوایی استفاده شود بلکه تحقیقات برای تولید آلیاژهای جدید نیز ادامه دارد.
تقاضای مصرف کننده استفاده از انواع مواد از جمله آلومینیوم برای بهبود کیفیت محصول نهایی بخصوص کاهش وزن قطعات خودرو است.
محققان می گویند فناوری های جدید استحکام، چقرگی و شکل پذیری آلیاژهای آلومینیومی را بهبود بخشیده است که کاربرد آلومینیوم را نسبت به گذشته که کاربردی نداشت افزایش داده است.
این موارد مصرف جدید در صنایع خودروسازی برای کاهش سوخت تاثیر قابل توجهی داشته است.
شرکت آلومینیوم سازی آلکوا هم فناوری جدید ریخته گری و نورد میکرومیل خود را بکار گرفته است که می تواند آلیاژهای آلومینیومی جدیدی را برای صنایع خودروسازی تولید کند که نسبت به گذشته 40 درصد بیشتر شکل پذیر بوده و 30 درصد مستحکم تر از آلیاژهای موجود کنونی است.
این فناوری می تواند فلز مذاب را در ظرف 20 دقیقه به ورق با ضخامت 5 میلی متر تبدیل کند که از تعداد مراحل تولید می کاهد. علاوه بر این با انجماد سریع نیز ورق شکل پذیرتر، مقاوم تر و سبک تری تولید می شود که کاربرد آلومینیوم را افزایش می دهد که در گذشته استفاده نمی شده است مانند درب های خودرو که از آلیاژ کاملا شکل پذیری ساخته می شود.
فناوری میکرومیل این امکان را می دهد که با تولید آلیاژهای جدید آلومینیومی کاربرد این فلز را علاوه بر صنایع خودروسازی در صنایع هوایی نیز بکار گرفت.
همزمان برای نخستبن بار در 40 سال گذشته شرکت آلکوا توانسته است آلیاژهای آلومینیومی دیگری مانند Ezcast ، Supra cast و Versa cast را ریخته گری کند که قوی تر از آلیاژهای کنونی هستند. این آلیاژها در ساخت موتورهای کوچکتر خودرو استفاده می شوند که در درجه حرارت بالا کار می کنند و می توان این آلیاژها را در ساخت دیگر قطعات خودرو نیز مصرف کرد.
آلیاژهای دیگری نیز تحت عنوان سری 5000 و 6000 با استفاده از عملیات حرارتی و تغییر روش نورد تولید می شوند که خواص فیزیکی مطلوبی مانند شکل پذیری ، استحکام و مطول شدن را دارند.
شرکت Novelis در حال مطالعه و بررسی آلیاژهای سری 7000 است که کاربرد آن در صنایع هوایی و نیز خودروسازی است که هنوز به مرحله تولید تجاری نرسیده است.
شرکت آلکوا برای ساخت پره ها یا تیغه های توربین هواپیمای ایرباس از آلیاژ آلومینیوم - لیتیوم استفاده می کند. ریخته گری آلیاژ منیزیم هم از سال 2010 آغاز شده است که با توجه به خواص مطلوب آن مانند سبکی، مقاومت در برابر خستگی در ساخت خودرو و هواپیما استفاده می شوند، اما مشکلات منیزیم عرضه آن است که به طور عمده در چین تولید می شود.