Alumínium az autógyártásban
Általában úgy tartják, hogy az alumínium alkalmazása az autógyártásban egy friss tendencia, viszont könnyű autók építése és a megfelelő anyagok megtalálása (ideértve az alumíniumot) évszázados történelemre tekint vissza. Habár ma még az acél a preferált anyag az autógyártók többségénél, mind a vásárlók, mind a fogyasztást érintő jogi követelmények miatt a súlycsökkentést célzó erőfeszítések egyre intenzívebbek. Ebben az értelemben az alumínium egy potens mérnöki megoldás: a sűrűsége csupán harmada az acélénak és a magas erősségű alumíniumötvözetek megfelelnek bizonyos karosszériaelemekre vonatkozó csavarodási és merevségi követelményeknek. Viszont az alumínium nyersanyagok drágábbak az acélnál, ez az oka, hogy az alumínium elsősorban csak a prémium szegmensbe tartozó autók körében elterjedt.
Fehér elemek
Habár dinamikusan emelkedik az alumínium-használat az autógyártásban, elsősorban a „fehér elemeket” ideértve, a fejlődés korlátozott. Mostanáig a legtöbb alumínium-helyettesítés ötvényezéssel és kovácsolással függ össze. Az autógyártók két versengő dizájnkoncepciót követve készítettek teljes egészében alumínium járműveket: konvencionális egy-test (unibody) és térkeret (spaceframe) koncepció. Nagyon sokáig az alumínium autópaneleknek és karosszériáknak nem gazdasági motivációja volt. Az acél egyre növekvő mértékű helyettesítése az energia-hatékonyságot és újrahasznosítást célzó jogi nyomás eredménye. A legnagyobb akadály az alumínium nyersanyagok magas költsége, az anyag rossz formálhatósága így az alumíniumelemek magas megmunkálási költsége. Mindezek mellett is az alumíniumiparban és az autóiparban egyaránt jelentős kísérletek folynak az acél költséghatékony helyettesítéséért.
Alumínium ötvözetei
Habár éveken keresztül az alumíniumfelhasználás növekedése főleg az öntvényezésnek (a motor részeihez) és kovácsolásnak (átviteli- és váltórendszerhez) volt betudható, a fehér karosszériához való felhasználás volt mindig is a legígéretesebb terület. Ez utóbbi esetében kimutatták, hogy akár 50%-os súlycsökkenés is elérhető, ami 30-40%-kal csökkentené az autó összsúlyát. A megfelelő ötvözet megtalálása a karosszériapanelekhez és a mozgóalkatrészekhez áll a fejlesztések központjában, viszont a kutatások a potenciális lehetőségek csak egy kicsi részére koncentrálnak. Visszafogja a befektetéseket, hogy az acél helyettesítése alumíniummal (vagy más anyaggal) gyakran jelentős azonnali költségnövekedéssel jár. Ennek ellentétét bizonyítja, hogy számos alumíniumötvözetet már alkalmaznak az autógyártásban, például az AA5754 H22 (AlMg3) vegyületet, elsősorban sportautóknál. Másik példa az AA6082 T6 (körülbelül: 97% Alu, 1-1% magnézium és szilicon; egyéb anyagok), amit luxusautók karosszériaelemeinél is felhasználnak.
Sok anyaghelyettesítő projekt alapja kizárólag a súlycsökkentés, viszont a mérnöki szempontú megmunkálás és a dizájn-esztétika szempontjait is azzal egyenrangúan kellene kezelni. Ezt remekül példázzák a Volvo új fejlesztési koncepciói (XC90 modell), amik teljesen új formai lehetőségeket fedtek fel. A karosszériapanelek gyártásánál az egyik legfontosabb cél az egyensúly megtalálása a formálhatóság és a magas szilárdság között (előbbi az erőátvitelnél nem olyan lényeges). Sőt, a anyagfelszín tulajdonságai hatással vannak a csiszolási-, festési procedúrára is. Ebből a szemszögből a 7xxx szériájú alumíniumötvözetek (7021 és 7075 vegyületek) kerültek a kutatások fókuszába.
Általánosan elfogadott tétel, hogy az alumínium (precíz) formálhatósága szobahőmérsékleten elmarad az acélétól. Habár a magas szilárdságú alumíniumötvözetek formálhatósága (pl. AA7075) egy potens alternatíva lehet magas hőmérsékleten, amihez hozzájárult az Imperial College által szabadalmaztatott, fent említett HFQ eljárás; ennek az alapelvét szemlélteti az alábbi ábra.
A HFQ eljárás
A HFQ eljárásban az első mozzanat a meleg kezelés (körülbelül 485 Celsius-fokon), ami egy homogenizált alfa-szilárdságú mikrostruktúrát eredményez. Az elem vastagságától függően ez pár percet vesz igénybe. Az anyag egy szupertelített fázisba kerül a hőkezelés után, majd leoltják, ami pedig alacsony szilárdságot és jó formálhatóságot eredményez. A megfelelő erősség eléréséért kicsit hosszabb ciklusidő szükséges.
Az akadémiai és ipari szféra kollaborációjának eredményeként, Svédországban (2018) fejlesztettek először olyan meleg megmunkálásra épülő termelési sort alumíniumokhoz, ami világelsőként lehetővé teszi az alumínium karosszériapanelek ipari-léptékű gyártását és formálását, nagy szilárdságú eredménnyel.