Lettmetaller mot stål

  • produksjon

Aluminium-andelen i bilindustrien øker på bekostning av stål. Men aluminium er dyrere både å framstille og bearbeide. Den store fordelen er lav vekt.

- Norsk lettmetallindustri må ligge i forkant av den teknologiske utviklingen. Forskningsmiljøene våre må tilføre industrien kjernekompetanse, understreker professor Sigurd Støren ved NTNU.

Han er også leder i styringskomiteen for NorLight-prosjektet Compform (Competence in Light Metal Forming and Forming Technologies). Prosjektet er en del av Varemat (Program for vareproduksjon og materialforedling) i Norges forskningsråd.

- Skal norsk lettmetallindustri og produsenter av bildeler konkurrere i framtida, må vi få ned kostnadene ved bearbeiding av lettmetaller, mener professoren.

Han understreker at det kritiske punktet innen forming av lettmetaller er å fremstille komponenter med høy presisjon, slik at sammenføyningen går knirkefritt og vi får minst mulig vrak. Den største utfordringen blir å forbedre ekstruderings- og formingsprosessene videre frem til ferdig komponent.

Forskere som arbeider med grunnleggende problemstillinger innen metallurgi og materialteknologi, har gjort lovende forsøk på å deformere materialet på en slik måte at ekstremt fine korn dannes. Dette kan gi betydelige forbedringer i legeringenes formbarhet, en kritisk egenskap i konkurranse med stål.

Et viktig mål med kompetanseprosjektet Compform er å forenkle prosessene slik at sluttproduktet blir konkurransedyktig i pris.

- Det betyr at det må utvikles bedre designløsninger, vi må integrere de ulike prosesstrinnene, og ikke minst må nøyaktigheten bli bedre, fra det ekstruderte emnet til det ferdige produktet, sier professor Støren.

Støren peker på at Hydro Aluminium ikke kan nøye seg med å være "followers". Norsk lettmetallindustri må ligge i forkant av den teknologiske utviklingen.

- Det innebærer at forskningsmiljøene må kunne tilføre industrien kjernekompetanse, sier Støren. Han legger til at man innen Compform må bygge opp kompetanse rundt noen utvalgte bilkomponenter, der bruk av aluminium har konkurransemessige fortrinn fremfor stål.

Kjerneområder

Støren peker på flere kritiske forutsetninger for at forskningen rundt forming av lettmetaller skal komme i verdensklasse. Det skal utdannes i alt 9-10 dr.ing.-kandidater og post doc i løpet av Comforms prosjektperiode fra 2001 til 2006.

Støren understreker at det for det første må utvikles laboratorieutstyr og verktøy for eksperimentelle undersøkelser av formingsforløp, materialligninger og friksjon.

Det må også utvikles metoder for simulering av de fysiske formingsprosessene, at prosessene beskrives med ligninger, og at disse ligningene avspeiler de metallurgiske endringene som skjer i metallet. Videre må disse materialligningene kunne integreres i simuleringsprogrammer.

Et annet kjerneområde omfatter de underliggende mikromekanismer i spesifikke legeringer, og går på kvantitativ beskrivelse av koblingen mellom temperaturhistorie, plastiske deformasjonsforløp og mikrostrukturell utvikling.

Gode resultater

Ett av målene med Compform er å kunne kontrollere dimensjonstoleransene i ulike trinn i formingsprosessen for å oppnå mer robusthet og mindre vrak ved fremstillingen av masseproduserte komponenter. Så langt er det utviklet en modell for å forutsi variabilitet til mekanisk kalibrerte profil-overflater.

Et annet mål er å finne ut hvordan man kan styre forhold som gir variasjoner i mekaniske egenskaper til ekstruderte og formede profiler, slik at kvaliteten høynes, vekten reduseres og kostnadene blir mindre. Det prøves nå ut en ny eksperimentell teknikk basert på avanserte sensorer for å forstå mekanismer ved ekstrudering som fører til avvik.

Det er også utviklet matematiske modeller som kan gi presis numerisk simulering av flytforløp, formbarhet og bøybarhet til tynnveggede aluminiumprofiler. Aluminium er dyrt, så det gjelder å bruke minst mulig av det. Derfor må konstruksjonen minimaliseres.