Materiais Leves Transformam o Design Automotivo do Futuro

O que permite que os automóveis viajem mais longe no caminho da conservação de energia e da redução das emissões?Do nascimento do Modelo T da Ford aos prósperos veículos de energia nova de hojeA inovação dos materiais continua a ser o principal motor do progresso da indústria automóvel.e plásticos na concepção de carroçarias de automóveis, enquanto se analisam materiais e tecnologias de processamento relacionados.

Na onda de inovação tecnológica automotiva contínua, os materiais desempenham um papel crucial.Só através de técnicas de processamento sofisticadas podem os materiais ser transformados em componentes funcionais de automóveisPara melhorar a funcionalidade dos componentes e melhorar a eficiência de combustível, o motor de combustão interna é um veículo que normalmente consiste em dezenas de milhares de partes.A demanda da indústria por materiais avançados continua a crescer, impulsionando o surgimento de novas soluções de materiais.

De acordo com dados de inquérito iniciais da Associação Japonesa de Fabricantes de Automóveis (JAMA), a proporção de composição dos materiais automotivos sofreu alterações desde a crise do petróleo.Materiais de aço, incluindo chapas de açoNo entanto, a percentagem de aço construtivo, aço inoxidável e ferro fundido diminuiu ligeiramente, passando de cerca de 80% para cerca de 70%.O aço continua a ser o material dominante na fabricação de automóveisEnquanto isso, a utilização de alumínio e plásticos mostrou uma tendência ascendente, com o alumínio e outros metais não ferrosos representando cerca de 8%, e os plásticos atingindo níveis semelhantes.Embora os dados do JAMA se estendam apenas a 2001A indústria estima que os plásticos constituam agora quase 10% dos materiais automotivos.Obtido principalmente pela substituição do aço tradicional por alternativas de alumínio e plástico.

Assim, o aço, o alumínio e os plásticos formam os três pilares dos materiais estruturais automotivos.Vidros de segurança para para-brisaA aplicação global destes materiais torna possíveis os automóveis modernos, com a introdução de um sistema de transmissão automática de alta velocidade, que permite a transmissão automática de dados.O desenvolvimento da indústria automóvel impulsiona simultaneamente a otimização dos materiais existentes e a investigação de novos..

Durante a década de 1980, os materiais cerâmicos ganharam atenção como o "terceiro material" após metais e plásticos, principalmente devido à sua superior resistência a altas temperaturas em comparação com as ligas metálicas.Uma inovação inovadora surgiu em 1985 quando o modelo Fairlady Z da Nissan incorporou um rotor de turbocompressor cerâmico de nitruro de silícioCom uma densidade de apenas 3,2 g/cm3, significativamente inferior à da liga Inconel (8).5 g/cm3) comumente utilizado para pás de turbina na época, este material reduziu substancialmente o peso do rotor e melhorou a capacidade de resposta do motor.

As válvulas cerâmicas de motores de nitruro de silício também passaram por uma extensa investigação e atingiram as fases de teste de protótipo.A tecnologia de moagem para este material de alta durezaA cerâmica desempenha igualmente um papel vital em aplicações ambientais: cerâmica de zircônio nos sensores de oxigénio dos veículos a gasolina, cerâmica de zircônio nos sensores de oxigénio dos veículos a gasolina, cerâmica de zircônio nos sensores de oxigénio dos veículos a gasolina, cerâmica de zircônio nos sensores de oxigénio dos veículos a gasolina, cerâmica de zircônio nos sensores de oxigénio dos veículos a gasolina, cerâmica de cerâmica em veículos a gasolina e cerâmica de cerâmica em veículos a gasolina.Cerâmica de cordierita em substratos de conversor catalítico, e cerâmica de carburo de silício em filtros de partículas diesel (DPF) para purificação de gases de escape.

Os DPFs, implementados pela primeira vez no Peugeot 607 de 2000, capturam partículas (PM) dos gases de escape do diesel usando estruturas de favo de mel com paredes porosas.Esta tecnologia requer controle preciso das dimensões dos microporos e técnicas avançadas de processamento de favos de melUma unidade DPF típica de um veículo de passageiros pesa 3-6 kg, aumentando inevitavelmente o peso total do veículo.

A redução do peso dos veículos visa principalmente reduzir o consumo de combustível e melhorar o desempenho dinâmico.As melhorias da eficiência de combustível tornaram-se particularmente críticasExistem várias abordagens para alcançar um menor consumo de combustível, incluindo a otimização da combustão do motor, a redução das perdas de atrito, a melhoria da eficiência da transmissão de potência,diminuição da resistência aerodinâmica e ao rolamentoA redução do peso do veículo é uma das medidas mais cruciais, uma vez que a carroceria constitui o componente mais pesado do veículo.A redução do peso da carroceria é essencial para a economia de combustível.Para os veículos eléctricos, a redução do peso aumenta ainda mais a autonomia.

Considere um sedã de passageiros de 2,0 litros com um peso de 1,214 kg: a sua carroceria de aço pesa 343 kg, incluindo uma carroceria em branco de 261 kg (quadro estrutural) mais 82 kg para portas e capôs.A carroceria representa cerca de 30% do peso total do veículoEm comparação, o motor pesa 141 kg, incluindo um bloco de cilindros de ferro fundido de 41 kg.A substituição por alumínio reduz o peso em 15 kg..

A miniaturização dos componentes oferece outra importante abordagem de redução de peso: a redução dos tamanhos dos componentes do motor e do compartimento do motor não só amplia o espaço da cabine, mas também aumenta as zonas tampão de colisão,Melhorar a segurança em colisõesA miniaturização também aumenta a flexibilidade do desenho do corpo.Um veículo leve contemporâneo (718 kg) possui uma carroceria de 206 kg que mantém uma relação de peso carroceria/veículo semelhante à do veículo 2Limousina de 0,0 litros (ver quadro 1).

As carroçarias de automóveis representam algumas das estruturas de veículos mais grandes e complexas, tornando-as os principais alvos para a leveza.O desenho da carroçaria deve satisfazer vários requisitos de desempenho, incluindo a resistência, rigidez, durabilidade, resistência à corrosão, desempenho NVH (ruído, vibração e dureza) e segurança contra colisões, sem comprometer os esforços de redução de peso.

O aço de alta resistência (HSS) serve como um material de leveza crucial. Ao aumentar a resistência do aço, os fabricantes podem reduzir o uso de material sem sacrificar o desempenho estrutural.Aços de alta resistência avançada (AHSS) ◄ incluindo os de dupla fase (DP)Os aços de transformação induzida pela plasticidade (TRIP), de fase complexa (CP) e martensíticos (MS) apresentam aplicações automotivas cada vez mais generalizadas.Estes materiais oferecem maior resistência e melhor formabilidade para mais leve, estruturas corporais mais seguras.

O mais recente modelo de um fabricante de automóveis emprega AHSS extensivo para reduzir o peso do corpo em 15% enquanto melhora a rigidez e a segurança de colisão.O aço formado a quente também reforça comumente componentes estruturais críticos como pilares A e B para aumentar a resistência ao choque.

As ligas de alumínio fornecem outra importante solução de leveza. Com uma densidade de aproximadamente um terço da do aço, a substituição de alumínio reduz significativamente o peso corporal.A excelente formabilidade e resistência à corrosão do alumínio facilitam os processos de fabricaçãoAs aplicações actuais abrangem painéis de carroceria, componentes estruturais, sistemas de suspensão e partes do motor.

O Audi A8 exemplifica a construção de carroçaria totalmente de alumínio, alcançando cerca de 40% de redução de peso em comparação com os carros convencionais de aço.O Model S da Tesla também utiliza amplamente o alumínio para reduzir o peso e ampliar a autonomia.

Os plásticos e os compósitos oferecem caminhos adicionais de redução de peso. A sua densidade substancialmente mais baixa em comparação com os metais permite uma redução significativa do peso.enquanto a excelente flexibilidade do projeto e resistência à corrosão adequam componentes de forma complexaAs aplicações atuais incluem pára-choques, pára-choques, painéis de acabamento de portas e painéis de instrumentos.

Os compósitos de fibra de carbono representam materiais leves de alto desempenho com resistência e rigidez excepcionais.O seu uso em veículos premium como o BMW i3 e i8 continua a expandir.

• Aço de alta resistência e de alta ductilidade:A próxima geração de AHSS permitirá estruturas de corpo mais leves e seguras.
• Ligações de alumínio de baixo custo:As tecnologias de produção avançadas expandirão as aplicações do alumínio.
• Compositos de alta performance:A fibra de carbono e materiais semelhantes serão mais amplamente adotados.
• Híbridos de vários materiais:Os corpos futuros combinarão materiais para otimizar o peso leve.

A redução do peso dos automóveis constitui um desafio de engenharia sistemático que requer avanços coordenados em matéria, design e fabrico.Os veículos do futuro serão mais leves, mais eficiente e mais sustentável do ponto de vista ambiental.