3 fabels over de toepassing van aluminium in de auto-industrie
Veel ontwerpers in de auto-industrie kijken tegenwoordig naar aluminium als basismateriaal voor hun profielontwerpen. Niet op de laatste plaats omdat het leidt tot een gewichtsbesparing en daarmee een vermindering van de CO2 uitstoot. En daarmee bereiken ze hun doelstellingen: het beste ontwerp dat voldoet aan de wensen en eisen vanuit de organisatie.
Echter horen we in de praktijk ook nog verschillende verhalen waarom ontwerpers liever niet voor aluminium als materiaal kiezen. Die verhalen zijn echter eerder een fabel dan een feit. In dit blog ga ik hier dieper op in — om hopelijk ook bij jou de mogelijk aanwezige twijfel weg te nemen. Er zitten namelijk veel voordelen aan de toepassing van aluminium.
Fabel 1: Aluminium kan branden. Staal brandt niet
Laat ik maar meteen met de deur in huis vallen: aluminium kan niet branden. Aluminium poeder brandt. En extreem dunne folie ook. Hetzelfde geldt voor ijzerpoeder, dit is namelijk de reden dat er vonken van een slijpschijf komen.
De meeste metalen, met uitzondering van edelmetalen, branden als je ze blootstelt aan condities waarin voldoende oxidatie kan plaatsvinden. En er sprake is van een hoge oppervlakte/volume ratio. Maar onder iedere andere normale omstandigheid kan een aluminium plaat of constructiebalk niet branden. Dat kan simpelweg niet.
Fabel 2: Staal kan significant vervormen voordat het faalt.
Aluminium doet dit niet Het klopt dat staalsoorten over het algemeen over een hoger deformatie vermogen beschikken dan aluminium. Dit is de reden waarom de meeste aluminiumleveranciers zogenaamde ‘crash-legeringen’ ontwikkeld hebben.
Deze zijn speciaal ontwikkeld om de energie die vrijkomt bij een botsing op te vangen.Deze crash-legeringen zorgen ervoor dat zogenaamd ‘crush cans’ en ‘longitudinal rails’ na een crash opvouwen zonder te scheuren. De conclusie die ik hieruit trek is dat aluminium uitstekend kan vervormen.
Maar er is meer: de hoeveelheid energie die een voertuig kan consumeren, per eenheid gewicht van de constructie, ligt bij aluminium een stuk hoger dan bij staalsoorten.
Fabel 3: Gedeukt staal kan worden teruggebracht in de originele vorm. Met aluminium kan dit niet.
De meeste metalen hebben moeite om weer terug te keren in de originele vorm nadat ze zijn gebogen of gedeukt. Dit komt door de versteviging die optreedt bij koude vervorming. Dit is eveneens de reden waarom stalen bewapening, als deze eenmaal gebogen is, nauwelijks weer recht te buigen is zonder geavanceerde hulpmiddelen. Er zijn natuurlijk uitzonderingen, maar staal behoort daar niet toe.
Bovendien is dit gegeven ook eigenlijk helemaal niet belangrijk. Wat wel van belang is, is dat de elasticiteit van aluminium veel meer energie kan opvangen per eenheid gewicht in vergelijking met staal van dezelfde sterkte. Daarom buigt of deukt aluminium niet, maar heeft het de neiging om terug te springen naar de originele vorm.
Deze bewering is dus niet alleen misleidend, maar zelfs een ‘false positive’. In de realiteit is namelijk exact het tegenovergestelde waar als je de vloeigrens van de verschillende materialen bekijkt. Verschillende staalsoorten zijn inderdaad sterker dan aluminium, maar het vereist ook heel wat sterkte om dit effect te compenseren.
Laat ik het duidelijker maken met een concreet voorbeeld. Wil je een vergelijkbaar alternatief vinden voor 300 MPa aluminium, dan heb je een 2700 MPa staalsoort nodig. Ik denk dat het zeer moeilijk is om zo’n type staalsoort te verkrijgen, nog afgezien van de uitvoering (bijvoorbeeld een plaat of staf) en de vorm. Het zou namelijk twee keer sterker moeten zijn dan hogesterktestaal. Ik weet dat dit betrekking heeft op ééndimensionale rek, deuken is nog een heel stuk complexer. Over het algemeen kun je echter deze vuistregel wel gebruiken.
Wat ik hier vooral mee wil zeggen is dat zware en harde materialen niet altijd het meest veilig zijn voor de eindgebruiker.
Hopelijk heb ik met dit blog wat van je twijfel weg kunnen nemen. Aluminium is — met zijn specifieke eigenschappen — een uitermate geschikt materiaal om mee te ontwerpen en je product naar een hoger niveau te tillen.
Echter zijn er wel veel factoren zijn die invloed hebben op het ontwerp van aluminium (profielen) en daarmee ook op het realiseren van het beste ontwerp. Om je hierbij te helpen hebben we deze factoren gebundeld in een gids. Zodat jij direct weet wat van belang is wanneer je aluminium profielen gaat ontwerpen.
