Nieuwe aluminiumlegering voor autovelgen

Veel chauffeurs kiezen voor lichtmetalen velgen onder hun auto, vooral wegens het originele design en de stoere, sportieve look die de aandacht trekt en het karakter van de auto benadrukt. Maar zijn lichtmetalen velgen niet meer dan een aantrekkelijk accessoire? Rio Tinto, één van ‘s werelds toonaangevende aluminiumproducenten, heeft onlangs een nieuwe revolutionaire legering ontwikkeld met interessante eigenschappen voor de automobielsector.

Bovenstaande vraag doet het wellicht al vermoeden: hoewel de populaire alu velgen in de eerste plaats voor een mooi uiterlijk zorgen, hebben ze ook een aanzienlijke invloed op het functioneren van wagens. Zij zijn namelijk een belangrijke factor voor de stijfheid van de wielen, de normale werking van de ophanging en zelfs het remsysteem (de koeling). Goed aangepaste velgen kunnen onze veiligheid en rijcomfort garanderen.

Aluminium als constructiemateriaal

In vergelijking met ijzerlegeringen zijn aluminiumlegeringen ca. driemaal lichter, maar doorgaans minder sterk. Dit is althans de mening van de meeste mensen. Door een speciale warmtebehandeling toe te passen op hardbare alu-soorten kan men de sterkte voldoende hoog maken, zodat toepassingen in constructies mogelijk worden. Denk daarbij aan de aluminiumprofielen gebruikt voor ramen en deuren, stellages en niet in het minst de toepassingen voor vliegtuigbouw. Sinds de ontwikkeling van de luchtvaart zo’n 100 jaar geleden heeft men de vele voordelen van aluminium met succes toegepast: wegens het lage soortelijk gewicht, de relatief hoge sterkte en de goede corrosieweerstand was dit metaal ideaal om gebruikt te worden in de lucht- en ruimtevaart. 

Het aandeel van aluminium in auto’s is echter beperkt gebleven tot gegoten motorblokken, in enkele gevallen voor carrosseriepanelen en voor velgen. De laatste tijd stijgt dit aandeel, omdat autofabrikanten het totale gewicht van wagens drastisch willen beperken. De opkomst van de elektrische wagen met zijn relatief zware batterij zorgt eveneens voor een revival van aluminium in de autosector. Lichte legeringen, die bijvoorbeeld in alu velgen worden gebruikt, zijn bovendien uitstekende geleiders, wat een effectieve warmte-overdracht van de remmen aanzienlijk positief beïnvloedt. Dit levert een belangrijke bijdrage voor het behouden van de optimale remkracht onder moeilijke omstandigheden. Bovendien kan het specifieke design van lichtmetalen velgen de functionaliteit en duurzaamheid van de remschijven en remzadels verbeteren.

Aluminiumlegeringen

Er bestaan twee groepen legeringen: de kneedlegeringen en de gietlegeringen. De eerste groep wordt voornamelijk gebruikt voor de productie van platen en profielen, de tweede groep wordt vooral gebruikt voor allerlei gietstukken, waaronder ook autovelgen.

De aluminiumlegeringen en hun nuances zijn complex vanwege de vele samenstellingen en verschillende aanduidingen die men gebruikt in diverse landen en continenten. In Europa gebruikt men voor de kneedlegeringen de klassieke aanduiding met vier cijfers, bijvoorbeeld 1XXX, 2XXX tot 8XXX, volgens de Aluminium Association. Men spreekt doorgaans van de 1-reeks tot en met de 8-reeks (zie figuur). DIN-normen en British Standards gebruiken andere aanduidingen. Naast deze samenstelling is er ook een codering voor de toestand F ('as fabricated'), H (koudvervormd), O (gegloeid) en T (warmtebehandeld). Dergelijke code legt dus de behandeling en de daaruitvolgende sterkte-eigenschappen vast.

Gietlegeringen hebben een andere aanduiding wanneer ze qua samenstelling equivalent zijn aan de kneedlegeringen.

Hardbare soorten

Om aluminium te harden heeft men bepaalde legeringselementen nodig. Deze elementen hebben meestal een beperkte oplosbaarheid in het Al-rooster. Dit betekent dat ze goed oplossen bij hoge temperatuur (maar onder het smeltpunt) en zich uitscheiden wanneer het metaal snel afgekoeld wordt. Deze uitscheiding of precipitatie vormt de basis van de hardbare Al-soorten. Er treedt dus geen structuurverandering op zoals bij staal (de zogenaamde martensiettransformatie), maar een versteviging door uitscheiding van harde deeltjes in de aluminiummatrix. De legeringen van de 2- , 6- en 7-reeks zijn de meest gebruikte hardbare soorten. Er zijn ook legeringen die niet thermisch behandeld worden en toch een hoge sterkte hebben, door bijvoorbeeld koudvervorming. Dit zijn de Al-soorten uit de 1-, 3- en 5-reeks.

Voor gegoten aluminiumvelgen gebruikt men veelal de AlSi- en AlSiMg-gietlegeringen, de 6-reeks voor gesmede wielen. Het gieten gebeurt dan meestal in lagedruk spuitgietmatrijzen. Het voordeel is dat deze matrijzen complexe vormen (spaken) toelaten.

Nieuwe legering

Onlangs heeft Rio Tinto een nieuwe aluminium gietlegering ontwikkeld specifiek voor de automobielsector. Wegens de bijzondere eigenschappen werd deze legering 'Revolution-Al' gedoopt. De precieze samenstelling en behandeling van Revolution-Al zijn momenteel nog geheim. De gietlegering zou tot de AlSiMg-groep behoren, met eigenschappen die tot 15 procent hoger liggen dan de klassieke AlSi7Mg-legering A356.2. Bepaalde legeringselementen zouden de vorming van brosse fasen beletten en daardoor de verhouding tussen de sterkte en de ductiliteit doen stijgen. Door de samenstelling van de legering aan te passen, bijvoorbeeld het verhogen van het Mg- en Mn-gehalte ten opzichte van de klassieke legering A357.1 zou men de ijzerrijke fase in vergelijking met de bestaande legering A357.1 bevorderen en daardoor de verhouding tussen sterkte en dutiliteit sterk doen verbeteren.

Door de hogere treksterkte kan een gewichtsbesparing van 7 procent gerealiseerd worden voor eenzelfde sterkte in vergelijking met andere gelijkaardige legeringen. Hieraan gekoppeld heeft de legering ook hoge taaiheid- en vermoeiingseigenschappen. Vooral deze laatste eigenschap is belangrijk, omdat aluminium doorgaans een lage vermoeiingsgrens heeft in vergelijking met staal. Al deze voordelen zorgen ervoor dat de nieuwe legering snel doorbraak zal vinden voor velgen en mogelijks ook andere toepassingen.

Sirris heeft in haar testlabo te Zwijnaarde mogelijkheden om diverse analysen en proeven uit te voeren op diverse metalen, waaronder ook aluminiumlegeringen. Daarnaast kunt u ook advies krijgen rond materiaalkeuze en gerelateerde warmtebehandelingen.

Bronnen

(Bron foto: https://www.mining.com)