Makine

Otomotiv Sanayii’de Kullanılan Malzemeler

Otomotiv Sanayisine Genel Bakış

Araba imalatında ağırlık, dayanıklılık, kalite, onarım kolaylığı, üretim kolaylığı ve buna benzer birçok unsur göz önünde bulundurulur.

Araba imalatı ve araba üretimi sanayileri, artan araç modeli çeşitliliği ve doğru orantıda rekabetle birlikte günden güne büyümeye devam ediyor. Müşterilerin taleplerine uygun, maliyeti daha düşük, daha güçlü, hızlı ve gelişmiş araba modelleri üretebilmek adına sürekli yeni tasarımlar ve teknolojiler geliştiren araba üreticileri, araba imalatı konusunda günümüzde resmen bir yarış içerisinde. Araba imalatı ve araba üretiminin yarış haline geldiği bu sanayide, araba modellerinde kullanılan her bir bileşen, araba modelinin gelişmişliği hususunda son derece önemli. Araba üretiminde kullanılan materyallerin kullanımının, gelişen araba üretimi teknolojileri ile doğru orantıda geliştiğini söylemek eminiz ki yanlış olmayacaktır. Materyaller bildiğimiz sanayi ürünleri olsa da kullanım şekilleri ve miktarları gelişen araba imalatı teknolojileri ile birlikte değişmekte, artmakta veya azalmaktadır.

Otomotiv Endüstrisi Malzeme Seçiminde Öncelikle

-Tüketici Talebi,

-Kabul Edilebilir Maliyetler,

-Kritik Çevre Sorunları

Göz önünde bulundurulmaktadır.

Aşagıdaki Tabloda Otomotiv Endüstrisinin Malzeme Beklentileri Gösterilmiştir.

Otomotiv Sanayii'de Kullanılan Malzemeler

Türkiye’de Otomotiv Sanayii

1929 yılında Tophane serbest bölgede Ford ile 25 yıllık üretim anlaşması yapılarak otomotiv üretimine ilk adım atılmış oldu.1954 yılında Tuzla Jeep Fabrikası ve ardından 1955’de tamamı Türk mühendislerden oluşan ekip ile birlikte Federal Türk Kamyonları A.Ş kamyon montajına ve imalatına başladı.İlk yerli arabamız olan Devrim ve ardından ‘’Zafer’’ ile Türkiye’nin girişimleri olumlu bitmedi. İki olumsuz sonuçlanan girişimden sonra Anadol sorun çıkmadan üretime geçti ve satışa sunuldu.Günümüzde ise Türkiye Sanayii payının büyük bir kısmını oluşturan Otomotiv sanayii özellikle yan sanayii’de oldukça gelişmiş durumdadır.

Otomotiv sanayisinde kullanılan malzemelere kabaca aşagıdaki grafikteki gibi bakabiliriz.Araç ağırlıgının büyük bir kısmını metaller oluşturmaktadır.Metaller dışında plastikler , seramikler ve Çeşitli kompozit malzemeler kullanılmaktadır.

Otomotiv Sanayii'de Kullanılan Malzemeler

Otomotiv endüstrisinde geliştirilen malzemelerin iki ayrı odak noktası söz konusudur. Bunlar aracın hareket sistemini ve gövdesini oluşturan parçalardır. Elektrikli araçların hareket sistemi güç kaynağı (batarya), aktarma organları ve elektrik motorundan oluşmaktadır. Dolayısıyla hareket sisteminde kullanılan malzemeler direkt olarak bu elemanlardan etkilenmektedir. Gövdesinde ise araç güvenliğini, konforu ve çevresel koşulları dikkate alarak çeşitli malzemeler kullanılmaktadır.

Literatürde, araç ağırlığını azaltabilmek için yüksek dayanımlı çelikler, alüminyum, magnezyum, plastikler ve kompozitler gibi birçok malzeme önerilmektedir.

Otomotiv üretmek için gerekli olan malzemeleri yer kabugundan yani madenlerden elde ediyoruz.

Bir otomotiv üretmek için ciddi rakamlarda maden üretiliyor.Örnek verecek olursak

*Bir otomobil üretmek için 1 ton 428 kilogram metal kullanılırken, bu metaller için 5 tonun üzerinde madene ihtiyaç duyulmaktadır.

Ortalama bir otomobil  üretiminde kullanılan madenler ve maden miktarları:

-Demir Cevheri 2250 kg

-Bakır Cevheri 1180 kg

-Kurşun Cevheri 435 kg

-Çinko Cevheri 327 kg

-Ham petrol 445 kg

-Cam Kumu 77 kg

-Boksit cevheri 254 kg

-Karışık materyal 113 kg

=TOPLAM 5080 KG

1.METALLER

Statik ve dinamik yüklemeler altında uygun mukavemet, rijitlik ve sünekliliğe sahiptirler.

Diğer Önemli Fiziksel Özellikleri

  • Kırılma tokluğu
  • Yoğunluk
  • Genleşme katsayısı
  • Elektrik iletkenliği
  • Korozyon ve çevresel dayanım

 

Metaller tasarım özellikleri için geniş bir veritabanına sahip olmalarının yanısıra şekillendirme ve üretim prosesleri de çok geniş bir yelpazede geliştirilmiştir.Bunun yanında ,metallerin hurda ve geri-dönüşüm işi de çok gelişmiş düzeydedir.

 1.1.ÇELİKLER

Otomotiv çelikleri literatürde birçok farklı şekilde tanımlanmıştır.Metalurjik açıdan ele alırsak yapılan genel sınıflandırma, düşük mukavemetli çelikler (IF ve Yumuşak Çelikler); konvansiyonel yüksek mukavemetli çelikler (C- Mn, fırınlama serleştirilmesi yapılmış, yüksek mukavemetli IF ve yüksek mukavemetli düşük alaşımlı çelikler); ve ileri teknoloji ürünü yüksek mukavemetli çelikler (çift fazlı, TRIP, kompleks fazlı ve martensitik çelikler) şeklindedir. Kullanılan ikinci bir sınıflandırma ise mekanik özelliklere, özellikle mukavemet değerlerine dayanmaktadır. Yüksek mukavemetli çelikler (HSS) 270 – 700 MPa çekme mukavemetine sahip çeliklerdir. Ultra yüksek mukavemetli çelikler (UHSS)ise 700 MPa’ dan daha yüksek çekme mukavemetine sahiptir .

Üçüncü sınıflandırma ise sadece yüzde uzama değerlerini dikkate alan bir sınıflandırmadır. Burada önemli olan nokta, AHSS çelik grubunun, HSS ve UHSS çelik ailelerine göre aynı mukavemet değerlerine sahip olmakla birlikte çok daha yüksek uzama göstermesidir.

FIRINDA SERTLEŞEBİLEN ÇELİKLER (BH)

Fırında sertleşebilen çelikler, otomotiv imalatçılarının preslerinde kolayca işlenebilen düşük mukavemetli ve optimum olarak şekil verilebilen bir çelik grubudur.Üretim proseslerinin ardından Orijinal çelik özelliklerine göre yaklaşık 34-70 MPa’lık bir akma mukavemeti artışı olan nihai parçalar elde edilir. Bu gibi ürünler oto imalatçılarının şekil verilebilirlikten feda edilmeden artan ezilmeye dirençli parçalar tedarik etmelerine yardım eder.

Aşağıdaki grafikte fırında sertleşme işlemi görmüş çelik levhanın çekme deneyi sonucu bulunmaktadır.

Otomotiv Sanayii'de Kullanılan Malzemeler

Bu çelikler 207 MPa’lık bir ilk akma mukavemeti ve % 2 çekme deformasyonu ve 177°C’da pişirmeden sonra 276 MPa’lık bir akma mukavemeti sağlayacak şekilde dizayn edilirler.

YÜKSEK MUKAVEMETLİ ÇELİKLER

Araç ağırlığının azaltılmasının yanında günümüzde gittikçe artan sürüş emniyeti gereksinimi, ve çevresel faktörlerden dolayı en azından araçların karoser kısmı hafiflemekte yani otomobillerde kullanılan sacların kalınlığı gittikçe azalmakta, ancak bununla birlikte, bu sacların mukavemeti güvenlik gereksinimini karşılayabilmek için artmaktadır. Bu nedenle özellikle son yıllarda, Geliştirilmiş Yüksek Mukavemetli Çelik Saclar (Advanced High Strength Steel-AHSS) otomobillerde ve diğer araçlarda giderek daha yoğun oranda tercih edilmeye başlanmıştır.

 Geliştirilmiş Yüksek Mukavemetli Çelik Sacların kullanıldığı yerler :

  • Ağır araçlarda
  • Otomobillerin güvenlik parçalarında
  • Vinç imalatında
  • Otomobil koltuklarında
  • Konteynerlerde
  • Değişik tip uygulamalarında, örneğin bebek arabaları ve bisikletlerde.

Otomotiv Sanayii'de Kullanılan Malzemeler

  • Yüksek Mukavemet Çelikler (HSS) çekme dayanımları 270-700 MPa olan çeliklerdir.
  • Ultra-Yüksek Mukavemet Çelikler (UHSS) çekme dayanımları 700 MPa’ın üstünde olan çeliklerdir.
  • LSS, (LowStrengthSteel) Düşük mukavemet çelikler genellikle alaşımsız ve orta karbonlu çeliklerdir.

Otomotiv Endüstrisinde kullanılan AHSS çelik tipleri şu şekilde sınıflandırılmaktadır:

  • – Mikro alaşımlanmış YP ve MC Çelik Saclar
  • – Çift fazlı çelikler (DP)
  • – Dönüşümle Plastikliği Arttırılmış (TRIP) Çelikler
  • – Kompleks Fazlı (CP) Çelikler
  • – Martenzitik (Mart) Çelikler

 Otomobillerde Yüksek Mukavemetli Çeliklerin Kullanım Alanları:

  • – Tamponlar
  • – Darbe Emiciler
  • – Kapı Profilleri
  • – A Pillar
  • – B Pillar
  • – C Pillar
  • – Tavan Çerçeveleri
  • – Kapı Güçlendirmeleri
  • – Kapı Mekanizmaları
  • – Süspansiyon Başlık

Otomotiv Sanayii'de Kullanılan Malzemeler

Otomotiv sanayii’de kullanılan AHSS çeliklerinden imalatta büyük bir payı olan Çift fazlı çelikleri ve dönüşümle oluşturulan çelikleri (TRIP) i inceliyelim.

ÇİFT FAZLI ÇELİKLER (DP)

Çift fazlı çelikler yüksek mukavemetli – düşük alaşımlı (HSLA) çeliklerin yeni bir sınıfıdır. Bu çelikler, ferrit matrisi içinde sert bir ikinci fazın dispersiyonundan oluşan bir mikroyapı ile karakterize edilirler. Genel olarak bu çelikler %0,1’den daha az karbon içerirler ve bu sayede punta kaynak edilebilme kabiliyetine sahip olurlar. Tampon takviyeleri, tekerlekler, kriko destekleri, alternatör fanları, iç ve dış kapı panelleri çift fazlı çeliklerden üretilen otomotiv parçalarına örnektir.

DÖNÜŞÜMLE OLUŞTURULAN PLASTİSİTE ÇELİKLERİ (TRIP)

TRIP işlemi, malzemeye uygulanan deformasyon sonucu ostenitin martensite dönüşümü sırasında deformasyon sertleşme katsayısının artması ile homojen deformasyon bölgesinin genişletilmesidir. Özellikle ostenitik çeliklerde mukavemetle birlikte süneklik sağlar. Karbonun %0,3’e kadar yükseltilmesi TRIP işleminde mukavemet artışı sağlar. Sıcak haddeleme sıcaklığını çok yakından kontrol etmedeki ve soğuk haddelemedeki son teknolojik gelişmeler, karbon, silisyum, mangan ve diğer rölatif olarak düşük fiyatlı elementlerin eklendiği TRIP çeliklerinin imalatına giden yolu açmış ve otomobillerin üretim maliyetlerinin düşmesine yardım etmiştir. TRIP çeliği şu anda başlıca eğlence araçlarının hızlandırıcı koruyucu kaplamaları ve ön takım elemanları gibi uygulamalar için kullanılmaktadır.

 ARAYER ATOMSUZ ÇELİKLER (IF)

Çok az arayer atomu (C ve N) içeren çelikler, düşük akma mukavemetleri, yüksek uzama ve iyi derin çekilebilirlik özellikleri nedeniyle çok iyi biçimlenebilirlik özellikleri gösterirler. IF çelikleri vakum gaz giderme ekipmanları yardımıyla üretilirler.

Yukarıdada belirtildigi üzere çeliklerin birim kütlesinden daha fazla verim almak için mekanik özellikleri geliştirilerek kullanılmaktadır. Bunlara genel olarak geliştirilmiş yüksek dayanımlı çelikler (AHSS) ismi verilmektedir. Yüksek dayanımlı çeliklerin çift fazlı (DP), faz dönüşümü kaynaklı plastiklik (TRIP), karışık fazlı (CP) ve martenzitik (MART) çelik türleri mevcuttur [18]. Yüksek dayanımlı çelikler (HSS) akma dayanımları 210 MPa ila 550 MPa arasında değişirken, ultra yüksek dayanımlı çeliklerin (UHSS) akma dayanımları 550 MPa’dan fazladır. Geleneksel çeliklere nazaran %50 daha fazla maliyetli olmalarına rağmen, hedef dayanım için daha ince sac kalınlığına ulaşabilirler [19]. Yüksek dayanımlı çeliklerin, kütle tasarrufu sağlamasının yanında, çarpışmada güvenlik açısından etkin olması diğer demir olmayan metallerle rekabet edebilmesine olanak tanır.

1.2.ALİMİNYUM

Hafif olmasına karşın sahip olduğu sert yapısıyla günümüz araba üretimi dünyasında giderek daha fazla kullanılan alüminyum, 1970’de araba imalatı sanayinde %2 kullanım oranına sahipken günümüzde araba modellerinin hemen hemen  %9’unu oluşturmaktadır. Ağırlıklı olarak daha hafif ve performans odaklı araba modellerinin üretiminde kullanılan alüminyumu gövde kısmında ve tekerlerde daha yüksek oranda görmek mümkün. 1990’ların başlarında Acura NSX’ten başlayarak günümüzde Audi R8’e kadar birçok araba modeli alüminyum alaşımlardan üretilmiştir. Demirden daha hafif olması nedeniyle belli araba modellerinin motorlarının üretiminde kullanılan alüminyum konstrüksiyon ile araba üreticileri, demir ile üretilen araç modellerine kıyasla büyük performans farkı elde etmişlerdir. Alüminyumun maliyeti ve fiyat istikrarı sac olarak kullanımının önündeki en büyük engeldir. Otomotiv sektöründe alüminyumun kullanımı için önemli çalışmalar yapılmaktadır. Özellikle alüminyumun otomobil gövdesinde kullanımı ağırlık azaltılması açısından önemlidir. Çelik yerine alüminyum kullanılması durumunda toplam araç ağırlığından %20-%30 oranında tasarruf edilebilmektedir . Alüminyum, gövdede çeliklere benzer şekilde üretilebileceği gibi, yürüyen aksam olarak döküm, ekstrüzyon ve kaynaklı birleştirme ile üretilebilir.

Aşağıda verilen tabloda aliminyum ve çeliklerin bazı özellikleri kıyaslanmıştır.

Otomotiv Sanayii'de Kullanılan Malzemeler

Günümüzde ortalama bir otomobil çok çeşitli alüminyum parçalar içermektedir. Bunların başında döküm yöntemiyle üretilen silindir kafaları, dişli kutuları, jantları; levha ve ekstrüzyon yöntemiyle imal edilen radyatörler, tamponlar, koltuk rayları, yan çarpma çubukları vs. gelmektedir. Bu parçaların bir araçtaki ortalama ağırlığı 100 kg civarındadır. Bu değer toplam ağırlığın %10’una tekabül etmektedir. Her 100 kg ağırlık azaltışında 100 km’de 0,6 litre daha az yakıt tüketilmektedir. Daha az yakıt tüketimi aynı zamanda daha düşük egzoz emisyon değeri ve çalışma maliyeti demektir. Alüminyum emniyet, konfor ve güvenilirlikten ödün vermeden ağırlık azalımı için anahtar bir malzemedir. Düşük özgül ağırlığı ve yüksek mukavemeti sayesinde, alüminyumun yaygın olarak kullanımı orta sınıf bir otomobilde yaklaşık 300 kg ağırlık azaltışı sağlayabilir.

Aşağıdaki görselde araçlarda kullanılan aliminyum esaslı bazı parçaların şekillendirme yöntemleri ve agırlıkları verilmiştir.

Otomotiv Sanayii'de Kullanılan Malzemeler

otomotiv sektöründe de döküm yöntemiyle üretilmiş alüminyum kullanımı daha fazladır. Döküm alüminyum alaşımlarının kullanımı tüm kullanılan alüminyumun %80’i kadarıdır. Döküm alaşımları içinde en popüler olanları A380, A319, A350 alaşımlarıdır [20]. Alüminyum ve alaşımları, otomobillerde genellikle döküm alaşımı olarak hareket sistemi, motor ve vites gibi parçaların üretiminde kullanılırken, döküm alaşımları dışında levha, profil gibi değişik üretim teknikleriyle üretilmiş parçalar, kasa ve soğutma sistemi gibi aksamlarda kullanılmaktadır. AUDİ AG’nin yaptığı hesaplarda primer alüminyum üretmek için gerekli enerji, bir otomobilin 55.000-79.000 km’de sağlanacak toplam yakıt tasarrufuyla amorti edilmektedir. Motor, otomobillerdeki en ağır ünitelerden birisidir. Bu sebeple alüminyum kullanımıyla çok büyük miktarlarda ağırlık tasarrufu potansiyeline sahiptir. Birçok motor alüminyum motor kapağına sahiptir ve bazılarının motor blokları da alüminyumdur.

Otomotiv Sanayii'de Kullanılan Malzemeler

Yukarıdaki görselde otomotiv endüstrisinde üretim teknigine göre aliminyum alaşımlarının sınıflandırılması verilmiştir.

Otomotiv Sanayii'de Kullanılan Malzemeler                       Her bir taşıtta döküm, ekstrüzyon ve levha ürünü alüminyum alaşımlarının 2050 yılına kadar 250 kg’a ulaşması beklenmektedir. Geçmişte ve 2050 yılına kadar olan süreçte döküm parçalarının oranı azalırken toplam alüminyum miktarının artması öngörülmüştür. Bu da levha ve ektrüzyon parçalarının miktarının artması anlamına gelmektedir.

1.3.MAGNEZYUM

Magnezyum düşük yoğunluğuna karşın sunduğu yüksek dayanım ile otomotiv sanayinde, araç ağırlığının düşürülmesi amacıyla çelik, döküm ve alüminyuma alternatif olarak kullanılmaktadır. En düşük yoğunluktaki çeliğin yaklaşık 7,2 g/cm3 , alüminyumun 2,7 g/cm3 olduğu göz önüne alındığında magnezyum 1,74 g/cm3 yoğunluğu ile önemli bir alternatiftir . Hâlihazırda magnezyum, otomobillerin direksiyonlarında, göstergelerde, kapı çerçevesinde ve koltuklarda kullanılmaktadır . Şunu da belirtmek gerekir ki, magnezyumun çeliğe göre dörtte bir yoğunluğa sahip olması aracın ağırlığının %75 azalacağı anlamı taşımamaktadır . Magnezyum ince kesitlerde eğilmeye karşı yüksek mukavemet, rijitlik, dayanım ve enerji sönümleme özelliklerini sağlarken yüksek oranda kütle tasarrufu sağlayabilir . Magnezyum alaşımları, alüminyum alaşımları ile benzer sıcak deformasyon özelliklerine sahip olduğu için kalıpta üretilebilir. Kalıpta dövme ve döküm ile nihai parça şekline yakın üretim yapılabilir. İnce sac olarak üretimi mümkün olduğu için kütle tasarrufuna uygundur. Aynı zamanda magnezyum alaşımlı parçaların ergitme kaynağı ve sürtünme karıştırma kaynağı yöntemleri ile de üretimi mümkündür.  Magnezyumun 1.74 gr/cm3 ’ lük düşük yoğunluğu ve 650 °C’ lik ergime sıcaklığı çelik gibi diğer konstrüksiyon metallerine göre dökümde ve talaşlı imalatta önemli kolaylıklar sağlamaktadır. Magnezyum alaşımlarının dayanımları, alüminyum alaşımları kadar yüksek olmamakla birlikte özgül dayanım oranları daha yüksek olabilmektedir.

-Aşağıdaki tabloda saf magnezyum ve aliminyumun fiziksel özellikleri karşılaştırılmıştır.

Otomotiv Sanayii'de Kullanılan Malzemeler

Otomotiv endüstrisinde kullanılabilecek malzemeler arasında plastiklerle karşılaştırıldığında daha katı ve daha çok geri dönüşümü mümkün, alüminyum ve çelik ile karşılaştırıldığında çok daha hafif ve yeterli dayanıma sahip olan magnezyumun pek çok avantajı bulunmaktadır.

Sönümleme kapasitesi, bir metalin titreşim enerjisini yutma ve metalsel yapılarda iletilen titreşimleri tutma özelliğini ifade eder. Magnezyum ve alaşımları mükemmel sönümleme kapasitesine sahiptir ve birçok uygulama için titreşim ve gürültüyü azaltabilirler.

Mg ve Al alaşımları ile dökme demirin özgül sönümleme kapasiteleri aşagıdaki tabloda verilmiştir.

Otomotiv Sanayii'de Kullanılan Malzemeler

Magnezyum alaşımları sürünme direnci açısından incelendiğinde, yüksek sıcaklıklarda akma ve çekme dayanımlarının düştüğü görülür. Sürekli yük altında yüksek sıcaklıklarda kullanılacak birçok parçanın tasarımı, müsaade edilebilecek en büyük deformasyona göre yapılır. Bu nedenle sürünme direnci ve gerilmeden dolayı, şekil değiştirme özellikleri önemlidir. Alüminyuma kıyasla sağladığı ağırlık avantajına rağmen, yüksek sıcaklıklarda azalan dayanım özellikleri, alüminyuma göre yüksek sıcaklık uygulamalarında daha geride kalmasına neden olur . Ancak bir otomobildeki max. çalışma sıcaklıkları düşünüldüğünde, 150 ˚C civarında çalışabilecek alaşımların olması yeterlidir. Yüksek sıcaklık uygulamaları için magnezyum alaşımlarının gelişimi devam etmektedir.

Magnezyum alaşımları, hafif alaşım olarak rakibi olan alüminyum alaşımlarına kıyasla tasarım gerekleri bakımından incelendiğinde üstün ve zayıf yönleri aşağıdaki tabloda verilmiştir.

Otomotiv Sanayii'de Kullanılan Malzemeler

Magnezyumun düşük korozyon direnci aliminyuma göre en büyük dezavantajlarından biridir. Bu dezavantaj çeşitli kapmala teknikleri ile gidirilmesi üzerinde çalışmalar devam etmektedir. Günümüzde çalışılan yeni kaplama teknikleri de mevcuttur. Kaplamalar sayesinde magnezyum yüzeyi daha etkisiz hale getirilerek pasivasyon yoluyla galvanik korozyon engellenmektedir. Uygulanan tüm kaplamalar korozyon ve aşınmayı engellerken aynı zamanda rekabetçi bir maliyete ve uygun yapışma özelliklerine sahip olmalıdır. Bugün, Keronite adı verilen teknik gözde uygulamalardan biridir.

Magnezyum alaşımlarının imalat yöntemlerine bakarsak çeşitli yöntemler ile elde edilebilir olduğunu görüyoruz. Alaşımlara basınçlı ve kum döküm gibi döküm yöntemlerinin yanı sıra, dövme, ekstrüzyon, haddeleme gibi plastik şekillendirme yöntemleri de başarıyla uygulanabilmektedir. Magnezyum için en uygun şekillendirme yöntemi yüksek basınçlı kalıp döküm ve ekstrüzyon yöntemleridir.

Aşağıdaki görsellerde sırası ile yarı-metal işlemeyle üretilmiş magnezyum koltuk iskeleti ve Chrysler koltuk iskeleti sırt kısmı görülmektedir.

Otomotiv Sanayii'de Kullanılan Malzemeler

Otomobillerde ağırlıktan azalma konusunda, üzerinde en çok çalışılması gerektiği kabul edilen parça direksiyon simididir. Bunun nedeni direksiyon simidinin içinde bir hava yastığı olacak şekilde dizayn edilmiş olmasıdır. Bu nedenle de direksiyon simidinin ağırlığı azaltılmalıdır. Japonya’ da direksiyon simidi AM60HP magnezyum alaşımlarından üretilmektedir. Bu alaşım sağlamlığı ve şok enerjileri absorbe etme özellikleri nedeniyle tercih edilmektedir. Ağırlık yine burada da baskın rol oynayan en önemli faktördür. Soğuk hazneli basınçlı dökümle üretilen bu parça 0.8 kg gelmektedir.

Otomotiv Sanayii'de Kullanılan Malzemeler

Magnezyum ve alaşımlarından üretilmiş çeşitli parçalar aşağıdaki tabloda görülmektedir.

Otomotiv Sanayii'de Kullanılan Malzemeler

-Otomotiv endüstrisinde çok kullanılan aliminyum alaşımlarının mekanik özellikleri aşağıdaki tabloda kıyaslanmıştır.

Otomotiv Sanayii'de Kullanılan Malzemeler

2.PLASTİKLER

Araba imalatında kullanılan maddeler arasında dayanıklılığı ve esnekliği ile üreticilerin en favori materyallerinden olan plastik, günümüz araba modellerinde arabanın büyük bir kısmında kullanılmaktadır.. Dayanıklı, ucuz ve hemen her şekli alabilen plastiğin araba üretimde bu kadar kullanılıyor olması da bu yüzden çok şaşırtıcı değil aslında. Gösterge paneli, düğmeler, kapı kolları, paspaslar, emniyet kemeri, hava yastığı ve araba modellerinde yer alan daha birçok farklı parça, farklı tiplerde plastikten üretiliyor. Pano parçalarına ek olarak, araba motorunun içindeki ufak boyutlu parçaların birçoğu da yine plastikten üretiliyor. Hafif yapısı ve hemen her şekle girebilmesi sayesinde plastik, araba imalatında gün geçtikçe daha çok kullanılmaktadır. Plastiklerin petrol bazlı malzemeler olmasından dolayı kullanımında bazı sorunlar bulunmaktadır. Fiyatı petrol fiyatlarından direkt olarak etkilenmektedir. Ayrıca, kullanılan plastik malzemenin çevresel etki açısından yeniden kullanılabilir türden olması gerekir. Araçlarda kullanılan plastiklerin yüzden fazla çeşidi bulunmakta ve özelliklerine göre sınıflandırılmaktadır. Plastiklerin otomotiv sanayinde seçimi, görüntü, rijitlik, dayanım, ağırlık ve maliyet ekseninde değerlendirilmektedir.

Araçlarda plastik kullanımının artacagı tahmin edilmektedir.Şayet 2010 yılında ortalama bir aracın %9.9 luk kısmını plastikler oluştururken 2016 yılında bu oran %12.2 olmuştur.

Aşağıdaki tabloda araç başına plastik parça ağırlık payı verilmiştir.

Otomotiv Sanayii'de Kullanılan Malzemeler

Araç üretiminde parçalar bazında ortalama % kullanım baz alınarak Türkiye otomotiv sanayinde 2010 – 2016 yılları arasında üretilen plastik parçaların miktar bazında gelişimi aşağıdaki tabloda verilmektedir.

 Otomotiv Sanayii'de Kullanılan Malzemeler

Türkiye otomotiv sanayinde plastik tüketimi, teknolojik gelişmelerin dışında taşıt araçları üretimine de paralel olarak artmaktadır. Araç üretimine göre değişmekle birlikte, Türkiye otomotiv sektörünün plastik tüketimi, toplam plastik mamul üretiminin % 5’ini oluşturduğu görülmektedir. Taşıt araçlarında motor performansının kontrol edilmesi için bilgisayarların kullanılması, metal parçaların işe yaramadığı yerlerde plastikler için yeni uygulamalar yaratmaktadır. Taşıt araçları mekanik olmaktan çıkıp giderek daha “elektronik” makineler haline gelirken, elektronik korumanın yanı sıra sıcaklık ve kimyasal direnç de sağlayan araç bileşenlerine olan ihtiyaç da artmaktadır. Bunun sonucu olarak mühendislik termoplastiklerine olan talep büyümektedir. Örneğin, ileri uygulamalarda polibütilteraftalat, alifatik polieton ve sıvı kristal polimerler gibi yeni mühendislik plastikleri, konnektörler ve elektrikli parça yuvaları da dahil olmak üzere, son derece zorlu uygulamalarda giderek daha fazla kullanılmaktadır.

Plastik Parça Üretiminde Kullanılan Plastik Hammadde Oranı (%) Aşağıdaki Tabloda Verilmiştir.

Otomotiv Sanayii'de Kullanılan Malzemeler

3.KOMPOZİTLER

Otomobilin ağırlığını azaltmak; yakıt tüketiminde hatırı sayılır tasarruflara yol açtığından, otomobil üreticileri ağırlığı azaltacak yeni malzeme arayışlarına girmiş bulunuyorlar. Buna ilaveten petrol yakıtlarına alternatif olarak geliştirilmeye çalışılan elektrikli arabaların motorları nispeten daha az güç ürettiğinden, arabanın ağırlığı fevkalade ehemmiyet kazanır. Kompozit malzemeler, katılığın özgül ağırlığa oranı bakımından çelik ve alüminyum ile karşılaştırıldığında, bu değer birkaç kat daha fazla olabilmektedir. Bu sebeple kompozit malzemeler ağırlık azaltmada en önemli adaylardandır.

Kompozit malzemeler arasında en yaygın olarak polimer matrisli kompozitler kullanılmaktadır. Plastik matrisli olmalarına rağmen metaller kadar emniyetli tasarımları mümkündür. Ön kısmı cam elyaf takviyeli polimer kompozitten yapılmış bir araba 35 mil/saat çarpma testini geçmiş bulunuyor. Çarpışmalarda çelik kadar güvenlik sağladığı gibi, polimer kompozitler titreşim kontrolü gibi özellikleriyle de daha üstün performans göstermeye adaydır.

-Yapısında termoset SMC Kompozitleri barındıran Hummer H2 SUT aşağıdaki görselde verilmiştir.

Otomotiv Sanayii'de Kullanılan Malzemeler

SMC Kompozitler lüks araba pazarında oldukça fazla tercih edilmektedir.

Yüksek Mukavemet

Kompozit malzemelerin çekme ve eğilme mukavemetleri, birçok metalik malzemeye göre çok daha yüksektir. Ayrıca kaplama özelliklerinden dolayı, kompozitlere istenen yönde ve istenen bölgede gerekli mukavemet verilebilir. Böylelikle malzemeden tasarruf yapılarak, daha hafif ve ucuz ürünler elde edilebilir.

Kolay Şekillenir

Kompozit malzeme kullanılarak yapılan büyük ve kompleks parçalar, tek işlemle bir parça halinde kalıplanabilir. Bu da malzeme ve işçilikten kazanç sağlar.

Elektriksel Olarak Avantajlıdır

Uygun malzemelerin seçilmesiyle, çok üstün elektriksel özelliklere sahip kompozit ürünler elde edilebilir.

Isıya ve Ateşe Dayanıklıdır

Isı iletim katsayısı düşük malzemelerden oluşan kompozitlerin ısıya dayanıklılık özellikleri, yüksek ısı altında kullanabilmesine olanak tanımaktadır. Bazı özel katkı maddeleri ile kompozit malzemenin ısıya dayanımı arttırılabilir.

Titreşimi Sönümleme Özelligi Vardır

Kompozit malzemelerin sünekliği nedeniyle, doğal bir titreşim sönümleme ve şok yutabilme özelliği vardır. Bu sayede çatlak yürümesi olayı da engellenmiş olur.

Korozyana Karşı Dirençlidir

Kompozitler malzemeler, hava etkilerinden, korozyondan ve çoğu kimyasal etkilerden zarar görmezler. Bu özellikleri nedeniyle kompozit malzemeler, kimyevi madde tankları, boru ve aspiratörleri, tekne ve deniz araçları yapımında güvenle kullanılmaktadır.

Maliyeti Yüksektir

Yüksek kalitede bir karbonun metrakaresi yaklaşık 50 dolardır.

Aşağıda bazı kompozit parçalar verilmiştir.

  • Cam Sileceği; %30 Cam+PBT
  • Fitre Kutusu; Mercedes, %35 Cam+Poliamid 66
  • Pedallar; %40 Cam+Poliamid 6
  • Dikiz Aynası; %30 Cam+ABS
  • Far Gövdesi; BMW, %30 Cam+PBT
  • Hava GiriĢ Manifoldu; BMW, Ford, Mercedes, %30 Cam+Poliamid 6
  • Otomobil Gösterge Paneli; GMT
  • Otomobil Spoiler; CTP
  • Otomobil Yan Gövde Ġskeleti; Ford, CTP

 Otomotiv Sanayii'de Kullanılan Malzemeler

Chevrolet Corvette Z06 Commemorative Edition modeli arabada SMC karbon kompozitler kullanılmıştır.

 Otomotiv Sanayii'de Kullanılan Malzemeler

 Cadillac XLR’in dış gövde parçalarının büyük bir kısmı SMC kompozitlerden imaldir.

4.CAMLAR

Cam, silisli kumun ya da potas katılarak yüksek ısıda eritilmesiyle elde edilen sert, saydam ve kırılgan cisimdir. Gevrek bir malzeme olan cam otomotiv sanayisinde önemli bir yer teşkil etmektedir.

Otomotiv Sanayisinde Kullanılan Cam Çeşitleri Aşağıda Verilmiştir.

Çift Cam

Çiftcam, iki adet temperli camın ikinci bir prosesle aralarında 6-12 mm’lik boşluk kalacak şekilde birleştirilmesiyle oluşur. Bu sayede otobüs gibi cam yüzeyi büyük araçlarda etkin ısı ve ses yalıtımı sağlanır.

Enkapsüle Cam

Bazı temperli camlar üretildikten sonra ikinci bir operasyon olarak enkapsülasyon prosesine tabi tutulurlar. Enkapsülasyon kalıbı içine yerleştirilen camların çevresine PVC ve kauçuk malzeme enjekte edilerek, araca montaj için çeşitli profiller elde edilir. Camın araca monte edilmesinde kullanılan alt parçalar da enkapsülasyon sırasında takılabilir. Enkapsülasyon sayesinde cama görsellik ve sızdırmazlık özelliği kazandırılır. Cam ile gövde arasında mükemmel yerleşme sağlanır.

Lamine Camlar

Motorlu araçların ön camlarında standart olarak kullanılan lamine cam ihtiyacına cevap vermek için üretilen Lamine Camlar’ın yan, arka cam ve sun-roof olarak da kullanım alanı bulmaktadır. Lamine ön camlar, olası bir kaza sırasında kafa çarpması sonucu ortaya çıkabilecek yaralanmaları en aza indirecek şekilde imal edilmesinin yanında, olağanüstü yüksek kalite şartlarına uymak zorundadır.

Temperli Camlar

Temperli Camlar ağırlıklı olarak araçların ön cam dışındaki konumlarında kullanılır. Özel bir ısıl işlemle camların hem mekanik mukavemetleri artırılır, hem de kırılma davranışı değiştirilerek olası bir kaza nedeniyle yaralanma riski en aza indirilmiş olur.

5.KÖPÜK

Araç ağırlıgını hafifletmek için bazı alternatif durumlarda kullanılan köpük özellikle şasede ciddi bir yük azalttıgı görülmektedir .

Danimarkalı tasarım ekibi olan EcoMove tarafından geliştirilen ve ARPRO® Inrekor™ köpük şase ile hafifletilmiş bir elektrikli araç örneği batarya hariç 400 kg ağırlığındadır. Bu ağırlık eşdeğerdeki geleneksel bir araç ağırlığının yaklaşık olarak üçte birine denk gelmektedir.

 6.Doğal Malzemeler

Hafif ve düşük maliyetli olan doğal lifler iç ve dış otomobil parçasında cam ve mineral dolgu yerine kullanılabilme imkânına sahiptir. Geçen yıllarda Avrupalı otomobil üreticileri doğal lifli kompozitlerin kapı panellerinde, koltuklarda, tavan döşemesinde, bagaj konsolunda ve ön göğüs konsolunda kullanımını uygun görmüşlerdir. Kenaf bitkisi, kendir, keten, jüt ve sisal gibi doğal lifler otomobil parçalarının güçlendirilmesinde kullanılırken düşük ağırlık, düşük maliyet, düşük CO2 salınımı ve daha az petrol bağımlılığı gibi faydalarının yanı sıra çevre dostudur.

Genel olarak kompozit olarak geçen bu malzemeler hem CO2 salınımı açısından hemde geri dönüşüm açısından önem arz etmektedir.

Otomotiv Sanayii'de Kullanılan Malzemeler

Soya fasülyesi ve mısırdan sentezlenmiş poliüretandan imal yan panelleriyle tarım aracı

Otomotiv Sanayii'de Kullanılan Malzemeler

Soya esaslı köpüklerin kullanıldığı koltuklar ve Ford U konsept araba

 7.KAUÇUK

Araba tekerleri, sürücülerin sorun çıkarmayacağını düşündüğü hatta zaman zaman göz ardı ettiği araba aksamlarından biri olsa da araba modelleri için en önemli ve hayati olanlardan biridir. Tekerin bu önemi de aslında bir anlamda araba imalatında kullanılan kauçuğun önemini bize gösteriyor. Araba endüstrisi, kauçuk endüstrisinin temel dayanağını oluşturmakta ve dünya doğal kauçuk üretimin yaklaşık %75’i de araba lastiği üretimi için yapılmaktadır. Kauçuk kullanımı, tekerleğin ve ve araba modellerinin iç parçalarının aşınmasını önleyerek yakıt sarfiyatı ve yol güvenliğine yardımcı olur. Araba tekerlerinin yanı sıra kauçuk, araba odellerinde sileceklerde, motor bağlantılarında, conta, hortum ve kayış gibi birçok parçada kullanılan ve dayanıklı, ucuz ve esnek oluşuyla araba imalatı sanayinde çokça tercih edilen bir materyal olmaya devam ediyor.

Kaynaklar:

  • TAYSAD Dergisi (2005)
  • DPU Ansys Yayınları
  • Journalagent
  • MMO
  • Loughtborough University | Automotive Materials
  • American Universities and Colleges | Automotive Materials

 

Etiketler

İlgili Makaleler

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Başa dön tuşu
Kapalı

Reklam Engelleyici Algılandı

Mühendis Gelişim Topluluğu tüm faaliyetlerini gönüllü olarak sürdürmektedir.Lütfen bize destek olmak için reklam engelleyicinizi kapatın.