Bedre bil med bor og mangan

Ford_assembly_line_-_1913
Facebook
Twitter
LinkedIn
Tips en venn

Vi har tidligere sett på hvor det kom fra, alt det som ga oss dagens bil. Men hvem fant grunnstoffene den er laget av, og hva gjør de i en legering – så bilen blir bedre?

Av Stein Bekkevold

Jern og stål og aluminium har vi snakket om i det uendelige, men hva gjør dem så bra i en moderne bil? Hvem fant dem? Og hvem fant alt det andre merkelige, som cerium som bærer oksygen til etterbrenning av avgass, gallium og germanium som gir oss moderne halvledere, nikkel og krom som gjør stål rustfritt?

Til utsatte steder

Bor ble funnet alt i 1702 (!) av W. Homberg da han undersøkte borsyre og innså at bor var et grunnstoff. Så oppdaget Gay-Lussac og Davy mye mer, og i dag vil så lite som 0,004 prosent av dette i stål – sammen med litt niob og molybden – gjøre det mer herdbart slik at vi kan lage enda sterkere saker – til bilens utsatte steder.

Ford var tidlig ute, og Fokus´ midtstolpe kom med sterkere og seigere borstål.

Cerium fant svenske Berzelius hundre år senere, og han så at det er en flott oksygenbærer og bra på å vedlikeholde vrien forbrenning, som i en katalysator – cerium øker NOx-rensingen.

Gallium ble funnet av Boisbaudran i Frankrike i 1875, og gir sammen med arsen (Magnus, 1230!) og germanium enda bedre halvledere enn silisium (Berzelius 1824), så begge er sterkt ettertraktet, men Europa har mengder av dette, så avhengigheten av Kina o.a. kan reduseres. Germanium ble funnet 1886 av Winkler.

Litium

Karbon er et av urstoffene, og er svært viktig for å raffinere jern til stål. Kobolt er like viktig: Svenskene (Brandt) oppdaget det midt på 1730-tallet i sine gruver, og i stål forbedrer det ALLE mekaniske egenskaper. Det gjør også krom (Vaquelin 1797); ikke bare beskytter det jern mot rust, men det øker også herdbarheten.

Også lantan forbedrer stål, og ble funnet av svenske (!) Mosander i 1839. Mens litium er klodens letteste metall – 0,53 g/cm3 – og er verdenskjent som elektroder i elbilbatterier; stoffet ble funnet av enda en svenske – Arfwedson –i laboratoriet hos Berzelius.

Lavlegert og sterkt stål

Tunge saker som mangan (1770, Kaim) og wolfram (Scheele 1781) og molybden (Scheele 1778) gjør underverker i stål, mens lette magnesium (Black, 1755) og aluminium (Ørsted, 1825) underlig nok gjør noe av det samme.

I de mest brukte lavlegerte høyfaste karosseristål finner vi litt karbon (bare 0,2%), mens de kan ha så mye som 1,5% mangan, 0,5% molybden pluss bor, niob, vanadium og aluminium – pluss at legeringen er tilsatt nitrogen.

Metallurgene kan variere stålets egenskaper ved å trikse med krystallstrukturen, ved oppvarming/kjøling og å holde stålet så og så lenge ved den og den temperaturen. Slik lager de et lavlegert, sterkt stål som mykt kan ta opp den første smellen i en kollisjon, men øke motstanden etter hvert som alt krølles inn mot kupeen. Smart. Det meste av dette var ukjent for 40 år siden.

Aluminium (Al)

trikser de med på omtrent samme måten, ved å tilsette silisium (alltid) og magnesium pluss nikkel, kobber, jern (!), sink, titan og mangan. De aller beste (fly)legeringene har bortimot ståls styrke, men med begrenset formbarhet, mange av dem brukes i kampfly og i spesielle biler. Rammeverket under all plasten på biler som Corvette er også laget av slike fancy Al-legeringer.

Elementer

Men hva gjør de ulike sakene med legeringen? Kjemisk/mekanisk sett? Grunnstoffene kalles elementer, og de viktigste er nevnt. Andre er tantal, zirkonium, kobolt, silisium, mangan, aluminium, kobber, bor, sjeldne jordarter og sånt. Fosfor, svovel og nitrogen kan også spiller en rolle.

Krom kan øke herdbarheten i stål ved 2. herding, og forbedrer hardhet og slitestyrke i karbonstål uten å gjøre det sprøtt. Nikkel styrker krystallferritt og tynner ut perlitten. Molybden øker herdbarhet og varmefasthet og hindrer sprøhet, øker andre mekaniske egenskaper og kan sikre – i noen miljøer – stål mot korrosjon.

Wolfram skaffer gode karbider (økt slitestyrke) og effekten ligner på molybdens, men er ikke like sterk. Vanadium (V) stimulerer til karbider i stål, og øker styrke og seighet. Dessuten økes herdbarheten. Innholdet er sjelden over 0,5%. V kan i likhet med niob forfine kornene i lavkarbonstål, øke styrken og forbedre sveisbarheten. V brukes ofte sammen med mangan, krom, molybden og wolfram.

Titan er et godt avoksideringsmiddel, fjerner svovel og er effektivt i å fiksere (låse) nitrogen og karbon i smelten. Da evnen til binding (affiniteten) mellom titan og karbon er mye større enn den mellom krom og karbon, blir titan ofte brukt i rustfritt stål for å feste karbon. Titan er også ferritt-dannende og forbedrer plastisitet og seighet – og øker styrken.

Zirkonium er sterkt karbiddannende og rollen i stål er som for niob, tantal og vanadium.Tilsetting av litt zirkonium gir avgassing, rensing og raffinering av jernkorn, gunstig for lavtemperaturytelsen. Det brukes ofte til ultra høystyrke stål og nikkelbaserte superlegeringer.. Silisium kan løses i ferrit og austenitt og øker hardhet og styrke og kan supplere eller avløse mangan, nikkel, krom, wolfram, molybden, vanadium og andre elementer. Men om mengden øker over 3% blir formbarhet og seighet redusert. Silisium kan i kontrollert mengde forbedre stålets elastiske grense, gi økt fasthet og økt evne til å motstå utmatting så silisium eller silisium-mangan-stål blir godt fjærstål. Silisium

påvirker også sveisbarheten. Mangan er et godt avoksideringsmiddel og en fin avsvovler. Stål inneholder nesten alltid en viss mengde, det reduserer varmefølsomheten på grunn av svovel. Mangan har også en viktig rolle i raffinering av perlitt og øker fastheten.

Aluminium kan deoksidere og forfine korn i stål og hemme aldring av lavkarbonstål – og øke kaldseigheten. Økt mengde Al kan øke oksidmotstanden (mindre rustutsatt) og kan forbedre en rekke mekaniske egenskaper.

Du verden!

Det meste av dette inngår i dagens bilutvikling, så den ingeniørjobben er seriøst krevende. Og her gransket vi bare en promille av det hele …

Smelteverkbildet er fra Svensk Stål AB (SSAB) som lager spesialstål for mange bilfabrikker.  Det andre bildet er fra Fords første samlebånd for Model T (1913), der delene stort sett var laget av enkelt karbonstål – helt ulikt dagens.

Les også: Jern og stål – og hjernene bak

  • Arkiv

  • «Drømmebiler, familiebiler, hverdagsbiler og biler som aldri burde vært laget 2.0» er klar til utsendelse i midten av november.

    GODE NYHETER

    Til alle som ikke rakk å sikre seg et eksemplar av «Drømmebiler, familiebiler, hverdagsbiler og biler som aldri burde vært laget» før boken var utsolgt!

    Nå kommer boken i ny og større utgave, med mange nye kapitler! Her lar Frank deg gjenoppleve en bilisme som aldri kommer tilbake gjennom
    mer enn 40 biltester og bilopplevelser fra 60-, 70- og 80-tallet!

     

    «Drømmebiler, familiebiler, hverdagsbiler og biler som aldri burde vært laget 2.0» er klar til utsendelse i midten av november.

    PHP Code Snippets Powered By : XYZScripts.com