Алюминий в автомобиле: хорошо или плохо

Алюминий — легкий и прочный металл, который в чистом виде в природе не встречается. Впервые его получил физик Ханс Кристиан Эрстед в 1824 году. При помощи электролиза ученый выделил чистейший алюминий из горной породы под названием боксит. И в наше время процесс добывания «крылатого» металла проходит по той же технологии, только уже в промышленных масштабах.

В сыром виде алюминий практически не используется. Чтобы что-то из него изготовить, характеристики основы приходится улучшать смешиванием с различного рода добавками. К примеру, для производства автомобильных деталей (части кузова, двигателя, литые диски и т.д.) чистый металл сплавляют с магнием, марганцем или кремнием, а в результате получают материал с более прочной и податливой к обработке структурой.

В автомобилестроении алюминий стали использовать еще с конца позапрошлого века: в 1899 году на выставке в Берлине показали концептуальный автомобиль Durkopp с облегченными кузовными панелями. А спустя всего три года ныне всем известный Карл Бенц представил первый двигатель из «крылатого» металла для участия в автогонках.

Если же говорить о первом серийном автомобиле с полностью алюминиевым кузовом, то им стал Audi A8 1994 года выпуска: из легкого металла у него сделаны как несущий каркас, так и внешние панели. Сегодня же алюминий используют практически все автопроизводители. Правда, для того чтобы не взвинчивать цены, зачастую алюминий применяют лишь для отдельных частей кузова или деталей ходовой части.

Впрочем, объемы применения алюминия в автомобильной промышленности с каждым годом растут: если верить оценке экспертов, то в настоящий момент на нее приходится почти треть потребления всего производимого в мире серебристого металла. Так чем же он так хорош, помимо легкости?

Основной плюс алюминия — соотношение его прочности к массе. В сравнении с классической сталью, он в среднем на 60% легче, что позволяет существенно снизить массу автомобиля, а также расход топлива и вредные выбросы.

Если же копать глубже, то алюминий почти не ржавеет, не магнитится, а из-за хорошей пластичности легко обрабатывается давлением. Плюс процесс вторичной переработки «крылатого» металла прост: он может быть переплавлен раз за разом без потерь в свойствах.

Эти нюансы не только упрощают, но и ускоряют производственные процессы, а также дают возможность инженерам постоянно экспериментировать со структурой металла, с различными видами и формами автомобильных деталей.

Что касается так называемых эксплуатационных преимуществ, которые можно прочувствовать, то «крылатый» металл по сравнению с той же сталью обладает отличной поглощаемостью вибраций и ударов: он «гасит» на 50% больше энергии и препятствует их дальнейшему распространению. А это не только комфорт при движении по неровностям, но и безопасность пассажиров при ДТП.

На управляемость машины алюминиевый скелет тоже влияет положительно, поскольку металл обладает высоким сопротивлением к торсионным нагрузкам. Такой кузов получается более жестким на скручивание, что добавляет машине устойчивости в поворотах и отзывчивости при рулежке.

Вдобавок сделанные из алюминия детали подвески сокращают неподрессоренные массы автомобиля, что улучшает его плавность хода. Вроде бы идеальный материал...

У алюминия есть ряд серьезных недостатков. Во-первых — производственный. Детали из алюминиевых сплавов технически сложно скрепляются друг с другом: требуются изощренные способы (лазерная сварка, клепка, склейка, болтовые соединения), а также узко-специализированное оборудование.

К примеру, сварка алюминиевых элементов возможна только лазерным способом или же в среде инертного газа (например, аргона). При этом еще необходимо четко контролировать сварочный процесс, поскольку алюминий весьма капризный металл: в местах соединения могут образовываться трещины.

Все эти сложности приводят ко второму недостатку — дороговизне производственного процесса. Сырье, сложное оборудование, квалифицированный персонал... На это все нужно выделять немалое количество времени и средств, что увеличивает себестоимость серийной машины.

Третье — формы и размеры элементов. Чтобы изготовить, к примеру, алюминиевый кузов, который сравним или превосходит по прочности стальной, его конструкцию приходится делать «пухлой». Хороший пример — велосипедная рама: из стали она тонкая, а из алюминия толстая.

Вот и некоторые элементы кузова автомобиля получаются пышными, из-за чего уменьшается полезное пространство внутри машины и ухудшается общая обзорность для водителя и пассажира (широкие передние, центральные и задние стойки). Вдобавок к этому, «крылатый» металл хорошо проводит шум, который приходится гасить дополнительными слоями изоляционного материала, увеличивая опять же расходы на производство машины.

А еще алюминий сложно ремонтировать. При ударе и деформации структура металла нарушается. Именно поэтому почти всегда ремонт заканчивается заменой детали целиком. И лишь в некоторых случаях поврежденный элемент можно восстановить (причем весьма дорого), заменив деформированный участок заплаткой и усиливающими вкладышами.

Интересные случаи применения алюминия

Днище электромобиля Tesla Model S защищено тройной обороной из металлических листов, ограждающих батарею от внешнего воздействия. Сначала идет слой из полого алюминия, необходимый для отражения различных объектов, попадающих под машину. Дальше — усиливающая титановая пластина, а на последнем рубеже — цельный восьмимиллиметровый алюминиевый брус для дополнительной прочности.

Знали ли вы, что две третьих массы гоночного болида Формулы-1 — алюминий? К примеру, монокок выполнен из композита, который делается из двух слоев углеволокна и алюминиевых сот. Такая структура позволяет добиться большого запаса прочности при крайне малой массе конструкции.