مقالات
انواع کاربرد استیل در خودرو سازی
مهر
اولین و رایج‌ترین کاربرد استیل در خودرو سازی را می‌توان در طراحی و ساخت سیستم اگزوز خودروها مشاهده کرد. استنلس استیل به دلیل قابلیت‌های فنی متنوعی که دارد در صنایع مختلف کاربردهای بسیار زیادی دارد. از صنایع خودرو سازی گرفته، تا ساخت‌وساز و صنایع پزشکی، نقش فولاد ضد زنگ بسیار پررنگ است. در این مقاله قصد داریم تا کاربرد استیل در خودرو سازی را بررسی کنیم. همچنین به این سوال که “چه آلیاژهایی از استیل در ساخت اجزای خودرو مورد استفاده قرار می‌گیرد” پاسخ دهیم.
کاربرد استیل در خودرو سازی
برای بررسی کاربرد استیل در این صنعت بهتر است ابتدا با ویژگی‌های استیل آشنا شویم و به این موضوع که چرا استیل در خودرو سازی استفاده می‌شود، بپردازیم. استنلس استیل از آلیاژهای پایه آهن است که به دلیل وجود عناصر آلیاژی مختلف مانند کروم، نیکل، مولیبدن و … خواص قابل توجهی دارد. آلیاژها یا گریدهای مختلف از استنلس استیل، به دلیل محتوای مختلف از عناصر آلیاژی، ویژگی‌های متفاوتی دارند. وجود این ویژگی‌های فنی سبب شده است تا کاربرد استیل در این صنعت نیز بیشتر مورد توجه قرار گیرد و گسترش یابد.
کاربرد استیل در خودرو سازی به دلیل مقاومت به خوردگی، استحکام بالا و طول عمر زیاد این آلیاژها است. مقاومت به خوردگی و اکسیداسیون را می‌توان اصلی‌ترین ویژگی این آلیاژها دانست، ولی در کنار مقاومت به خوردگی، استیل خصوصیات دیگری نیز دارد. استحکام و خواص مکانیکی استیل نسبت به فولادهای کربنی معمولی بالاتر است، ضمن اینکه با اکثر روش‌های تولید نیز سازگاری دارد. از طرف دیگر در دماهای بالا و شرایط برودتی، خواص خود را حفظ می‌کند.
ویژگی‌های استیل
همان‌طور که گفته شد گریدهای مختلف از استیل ویژگی‌های متفاوتی دارند. برخی از آن‌ها قابلیت استفاده در دماهای بسیار بالا را دارند. اکثر آلیاژهای استیل، قابلیت جوشکاری و شکل‌پذیری خوبی دارند. برخی از گریدهای استیل توانایی استفاده در محیط‌هایی با نرخ خوردگی بالا را دارند. به همین دلیل باید متناسب با نیاز هر محیط و شرایط عملکردی، بهترین آلیاژ استیل انتخاب شود.
عناصر اصلی آلیاژی فولاد ضد زنگ، کربن، کروم، نیکل، منگنز و مولیبدن هستند. کروم سبب بهبود مقاومت به خوردگی استیل می‌شود. عنصر کروم با تشکیل یک لایه اکسید مقاوم در برابر خوردگی، از استیل در برابر انواع مواد خورنده مقاومت می‌کند. میزان کروم موجود در ساختار می‌تواند بر میزان مقاومت به خوردگی اثرگذار باشد.
یکی از دلایل کاربرد استیل در این صنعت، قابلیت شکل‌پذیری و جوشکاری استیل است. عنصر نیکل نیز می‌تواند سبب بهبود قابلیت شکل‌دهی استیل شود. همچنین به دلیل محتوای کم کربن در ساختار فولادهای زنگ‌نزن آستنیتی، آن‌ها قابلیت جوشکاری بسیار خوبی دارند. عنصر مولیبدن سبب بهبود مقاومت در برابر ترک خوردگی تنشی می‌شود. این ترک را می‌توان از جمله مخرب‌ترین عوامل در خوردگی دانست. چرا که این ترک در تنش‌هایی بسیار پایین‌تر از تنش مجاز قطعات رخ می‌دهد.
کاربرد استیل در این صنعت به دلیل ویژگی‌هایی که در بالا گفته شد، مهم است. می‌توان گفت حدود 15 تا 22 کیلوگرم از وزن خودرو مربوط به قطعات کوچک و بزرگ ساخته شده از استنلس استیل است که عمدتاً در سیستم اگزوز خودرو، باک و قطعات سیستم سوخت‌رسانی، استراکچر، قطعات سیستم تعلیق و برخی قطعات تزئینی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
در ادامه به بررسی گریدهای استیل مورد استفاده در خودرو سازی می‌پردازیم:
گریدهای استیل فریتی مورد استفاده در سیستم‌های اگزوز خودرو
همان‌طور که در مورد آلیاژها گفته شد، به جهت افزایش کارایی و بهبود ویژگی‌های فنی، محققین توجه خود را به سیستم‌های اگزوز با قابلیت بالاتری که بتواند در شرایط سخت محیطی و در مقابل خوردگی مقاومت کنند، معطوف کرده‌اند. به این ترتیب با افزودن چندین عنصر تثبیت‌کننده در گریدهای فریتی فولاد ضد زنگ به نتایج قابل توجهی دست یافتند. فولاد ضد زنگ فریتی با تیتانیوم و نیوبیوم به عنوان آلیاژهای منتخب برای اجزای سیستم‌های اگزوز که شامل منیفولدها، مبدل‌های کاتالیزوری، صداخفه‌کن‌ها و لوله‌های رابط مطرح شدند. به این ترتیب گریدهایی مانند 409L، 432، 436L، 439، 441 به‌طور معمول برای این منظور مورد استفاده قرار می‌گیرند.
گریدهای استیل آستنیتی مورد استفاده در خودرو سازی
استیل 303:
یکی از دلایل کاربرد استیل در خودرو سازی قابلیت ماشین‌کاری استیل 303 است. وجود گوگرد در ساختار استیل 303 سبب بهبود قابلیت ماشین‌کاری آن شده است. همچنین استیل 303 می‌تواند شرایط کاری در دمایی حدود 750 تا 850 درجه سانتی‌گراد را تحمل کند. اما گوگرد موجود در این استیل سبب کاهش مقاومت به خوردگی و کاهش چقرمگی آن نسبت به استیل 304 شده است. کاربرد استیل در این صنعت برای این گرید استیل شامل ساخت پیچ، مهره، چرخ دنده و اجزایی است که نیاز به تراشکاری دارند.
استیل 304:
کاربرد استیل در این صنعت شامل گریدهای مختلفی از استیل می‌شود. استیل 304 به دلیل محتوای کروم 18 درصدی و نیکل 8 تا 10 درصدی دارای خواص بسیار خوبی است. مقاومت به خوردگی و استحکام آن سبب شده است تا این استیل در تمامی صنایع به یکی از پرکاربردترین‌ها تبدیل شود. علاوه بر این قابلیت بازیافت و چقرمگی خوب استیل 304 سبب شده است تا برای ساخت قطعاتی که احتمال تصادف دارند مورد استفاده قرار گیرد.
استیل 316:
استیل 316 به غیر از نیکل و کروم دارای محتوای مولیبدن می‌باشد. این عنصر سبب شده است تا استیل 316 در برابر خوردگی، در محیط‌های کلریدی، و در مقابل ترک خوردگی تنشی مقاومت خوبی از خود به نمایش بگذارد. به همین دلیل کاربرد استیل در خودرو سازی برای گرید 316 به قطعات مبدل‌های کاتالیزوری در سیستم اگزوز و اجزای توربوشارژ معطوف می‌شود.
استیل 310:
این گرید از استیل نیز مقاومت به خوردگی خوبی دارد و به دلیل ساختار و ترکیب شیمیایی توانایی استفاده در دماهای بالا را دارد. همچنین استیل 310 در دماهای بالا نیز مقاومت به خوردگی خود را حفظ می‌کند. استیل 310 به دلیل چقرمگی بسیار عالی در دماهای پایین نیز کاربرد بسیار زیادی در صنعت دارد. از استیل 310 در ساخت شفت و کویل‌ها استفاده می‌شود.
استیل 321:
از موارد کاربرد استیل در این صنعت به استیل 321 نیز می‌توان اشاره کرد. استیل 321 به عنوان یک فولاد ضد زنگ آستنیتی پایدارشده با تیتانیوم (حداقل ۵ برابر کربن)، برای ساخت برخی قطعات خاص اگزوز خودرو که دمای بالایی را تحمل می‌کنند استفاده می‌شود. این میزان تیتانیوم سبب می‌شود که در هنگام جوشکاری از پدیده حساسیت رسوب کاربید جلوگیری شود. این آلیاژ مقاومت خزشی بسیار خوبی دارد و به همین دلیل نیز می‌تواند در دماهای بالا مورد استفاده قرار گیرد.
بسیاری از قطعات استیلی خودرو، از جمله اجزای اگزوز، محفظه مبدل کاتالیزوری و برخی قطعات تزئینی و ساختاری، از ورق استیل ساخته می‌شوند که با فرآیندهایی مانند برش، خم‌کاری، کشش عمیق و جوشکاری به شکل نهایی درمی‌آید. به همین دلیل انتخاب گرید و ضخامت ورق باید با روش شکل‌دهی و شرایط کاری قطعه هماهنگ باشد.
برای مثال ورق‌های فریتی مانند 409L و 439 به دلیل قیمت مناسب و مقاومت به اکسیداسیون در سیستم اگزوز پرکاربرد هستند، در حالی که برای قطعاتی که شکل‌پذیری بالا یا مقاومت به خوردگی بیشتری می‌خواهند، ورق‌های آستنیتی مانند 304 و 316 انتخاب می‌شوند.
سخن آخر
کاربرد استیل در این صنعت آنچنان پررنگ نیست ولی همین استفاده محدود را می‌توان بسیار مهم و اساسی دانست. با اینکه کاربرد استیل در خودرو سازی درصد زیادی از قطعات خودرو را شامل نمی‌شود اما می‌توان گفت از استیل برای ساخت قطعات مهم و حساسی استفاده می‌شود. ویژگی‌هایی از استیل مانند مقاومت به خوردگی خوب، چقرمگی عالی، قابلیت استفاده در دماهای بالا و … سبب کاربرد استیل در این صنعت شده است.