Metals used in vehicles

Aluminum Alloys in Military Vehicles and Equipment 

Aluminum’s greatly increased use in military vehicles in the past few decades has resulted from requirements for reduced weight for improved vehicle mobility, "swimmability", air transportability, increased payload, and ease of maintenance. Many successful, economical, commercial highway vehicles of aluminum construction have been employed by the services. However, most combat and tactical vehicles have no civilian counterparts, and their aluminum components have been developed specifically for military service.

 

Magnetic Materials: Hard Magnets

Hard magnets, also referred to as permanent magnets, are magnetic materials that retain their magnetism after being magnetised. Practically, this means materials that have an intrinsic coercivity of greater than ~10kAm^-1.

It is believed that permanent magnets have been used for compasses by the Chinese since ~2500BC. However, it was only in the early twentieth century that high carbon steels and then tungsten / chromium containing steels replaced lodestone as the best available permanent magnet material. These magnets were permanent magnets due to the pinning of domain walls by dislocations and inclusions. The movement of dislocations within a material is often hindered by the same factors that effect the motion of domain walls and as a consequence these steels are mechanically very hard and are the origin of the term hard magnetic. These magnets had an energy product of approximately 8kJm^-3.

Technical Trends in the Development of Structural Materials and Outlook for the Future

http://www.hitachi-pm.co.jp/english/seihin/tec-report/2008/pdf/tec2008_e_03.pdf

Powder Metallurgy : Technology and Applications

Powder Metallurgy have many advantages such as high productivity, high accuracy, high wear resistance, and high heat resistance. Such products are widely used for engine parts in automobiles and motorcycles since they provide total cost saving and better efficiency at proper use.

The process of powder metallurgy simply as follows : Weighing and mixing, Compacting, Sintering, and Post treatment. Various types of raw metal powders are weighed at specific ratio and those metal powders are uniformly mixed in a mixer. The mixed powder is compacted in high accurate tool at room temperature by an automatic compacting machine. The compressed compact, so called as Green compact, is placed in a sintering furnace and sintered which is heating in protective gas atmosphere at a temperature below melting point of main material. Post treatment such as Sizing process, Machining, Heat treatment and others will be applied as necessary to produce final products that require higher accuracy and/or material strength.

Several Applications :

1. Transportation


In transportation,  powder metallurgy had contribute to several part such as; engine, transmissions, and auxiliaries parts.
For valve timing system, sintered pulleys and sprockets with the feature of near net shape provides lighter weight and multi functions on them. For valve train system, valve guides, valve seats and inserts for rocker arms are typical powdered metal products due to better wear resistance which comes from material design. In addition, oil pump elemets and bearing caps with high machinability are other examples of such application.
Synchronizer-hubs by near net shape compaceting and synchronizer-rings / cam stators by the sinter forging technology as high-strength materials are used in transmissions for vehicles which transfers engine output to shaft. Typical parts for motor cycle are a primary driven gear as high-accuracy large gear to transmit the power from crankshaft and gear shifting parts for smooth feeling on its shifting.
In addition to them,Sprockets, valve guides, and valve seats in valve timing and train systems and elements for oil pumps are also other typical examples of our products
In auxiliary systems such as wiper, starter, seats, electric equipment, injection pump, air conditioner, sun-roof. Our products meet customer's requirement because of lower cost from higher efficiency of production.

2.  Industrial Machine
Components such as valve seats and valve guides at valve train system as well as governor weights, lifter valves, bevel gears, and timing gears are used for general purpose engines which have wide variety of applications. Sintered aluminum forged connecting rods, with high strength and excellent wear resistance had developed by powder metallurgy manner.
For hydraulic machine equipment, powder metallurgy has contributes as follows; complex shaped piston pump cylinders with Copper infiltration providing sealing property, swash plates, port plates, and retainers are examples for hydraulic equipment.
In additions, powder metallurgy produced valve guides and valve seats in valve train system as well as bevel gears for transmission, non-circular gears, and gears with built-in cams by solid phase diffusion bonding are used for agricultural machines. In addition, spiral bevel gears produced by warm compacting and special tool mechanism can be mentioned as other examples of applications. Such range of applications is constantly expanding.
Recently, powder metal technology has success to used in various motors in a wide variety of applications such as automobile electric equipment, cellular phones, and CD-ROM drives. High specific-gravity tungsten based material is used in cellular phones as weight to activate vibration.

Materials for A380

Distribusi material yang dipakai untuk membangun sebuah struktur pesawat terbang masih didominasi dengan paduan logam berbasis Aluminium. Tak kurang dari sekitar 60% bagian pesawat besar seperti A380, strukturnya menggunakan bahan dasar Aluminium. Sisa lainnya dibagi atas, 22% komposit, 10% Titanium dan Baja, dan 3% adalah dalam bentuk laminat serat logam.


Di lain fihak, penggunaan komposit pada struktur pesawat terbang jenis A 380 telah mengalami peningkatan 10%. Airbus A340 menggunakan sekitar 12% material komposit pada strukturnya. Artinya, disini terjadi kompetisi antara material logam dengan komposit. Berdasarkan perhitungan tahun 1990, komposit akan dipakai pada struktur pesawat terbang pada prosentase berat antara 20 hingga 30%. Sedangklan berdasarkan biaya, komposit direncanakan mengkontribusi struktur peawat terbang antara 20 hingga 40%.

Ukuran besar dari pesawat seperti A 380 menjadikannya sebuah target ketepatan antara pembebanan dan berat struktur. Ini menuntun kepada kebutuhan aplikasi sifat paduan yang lebih tinggi. Ini berarti pula perbaikan harus ditujukan pada dua sisi, kinerja statik dan atau toleransi kerusakan.

Kebutuhan akan hal ini menjadi dasar pembentukan Integrated Product Team [IPT]. Tugasnya adalah memilih dan mengembangkan paduan khusus. Selain itu, metoda fabrikasi yang sesuaipun menjadi tugas badan ini untuk memenuhi kebutuhan struktur pesawat raksasa seperti A 3xx.

Dua tujuan utama yang harus dicapai tim ini adalah :

1. Pada sisi struktur, Alcan harus menyiapkan seluruh part logam untuk A 380.
    Untuk mencapai tujuan ini diperlukan investasi pada peralatan yang dapat membuat struktur besar yang kompatibel dengan dimensi pesawat, terutama pada bagian sayap.

2. Pada sisi Paduan logam, Alcan diberi mandat untuk membuat paduan seketat mungkin yang mampu memenuhi kebutuhan material baru serta memperluas ketersediaan material yang telah ada (high gauge ranges) 


Isu utama tim ini adalah bagaimana membuat struktur pesawat dengan panjang maksimum 36 meter. Hal ini meliputi pula tentang rute proses pembuatan struktur dimaksud seperti:

    a. Mengembangkan perangkat keras dan mengetahui bagaimana mengecor volume logam ingot paduan canggih yang sangat besar.  Aplikasinya untuk sisi atas dan sisi bawah bagian dalam panel sayap, maupun pada sisi atas bagian luar panel yang dimachining secara menyeluruh.
    b. Memperlengkapi sarana pengecoran yang sesuai untuk menangani besarnya ukuran ingot yang berat
    c. Menambah panjang seluruh perlengkapan proses pelat. Hot mill table, heat solution furnaces, stretcher, tanki inspeksi, dan contouring machine adalah perlengkapan utama yang harus di up-gade.
    d. Memasang perlengkapan yang aman untuk menangani pelat sepanjang 36 m. Termasuk pula perlengkapan untuk memutar balik panjangnya kedua sisi panel sayap.
   
Hasilnya; ingot paduan seri 2xxx dan 7xxx seberat 20 ton sukses dibuat atas kerjasama Ravenswood cast house dan tim R&D pengecoran di Perancis. Demikian pula, panel sayap sepanjang 36 meter dihasilkan departemen pelat, setelah optimasi aliran proses pengerjaan pelat di seluruh plant.

Proses perbaikan lanjut telah mencapai pemulihan dan reliabilitas memuaskan seperti pengecoran dengan geometri rumit untuk paduan canggih 7xxx. Demikian pula investasi perlengkapan baru untuk kerja pelat telah mencapai efisiensinya dalam menghasilkan spars dan ribs yang tak hanya panjang tetapi juga lebar.

Wing Alloy Development

Dengan pertimbangan tingginya kriteria disain struktur sayap, paduan baru telah dikembangkan untuk bagian utama sayao seperti panel, stringers, spars, dan ribs.

1. Untuk Spars, perlu ditingkatkan ketangguhan statik dan fracture toughness terhadap material awalnya, 7010/50-T7651. Paduan untuk spars harus menunjukkan mampu expansi dingin dan mampu mesin yang baik. Hasilnya, Ravenswood mampu menghasilkan paduan 7040-T7651 yang high static, high toughness, LRS (low residual stress) dan kualitas paduan yang mampu diekspansi dingin. Aluminium 7040-T7651 telah dipilih untuk dua spars terbesar di dunia, inner front spar dan Inner center spar.

2. Untuk Ribs, yang biasa berhubungan dengan modulus dan kekuatan statik, diperlukan kekuatan lebih tinggi untuk mengurangi berat. Paduan 7449 yang berkekuatan sangat tinggi telah dikembangkan dan diproduksi massal untuk panel sayap A340-500/600. Paduan ini diuji pada kondisi over-aged temper T7651 dan dipakai untuk wing ribs A380 dan beberapa rib caps komposit.

3. Untuk Lower wing stringers, paduan yang dipilih untuk A380 adalah seri 2027 Al-Zr dengan kondisi temper T3511 dan memberikan peningkatan fracture toughness dan fatigue strength.

4. Untuik Upper wing cover, A380-800F menawarkan paduan baru AA7056 karena pertimbangan aplikasi pesawat penumpang. Wing cover memerlukan fracture toughnes lebih tinggi dan sedikit penurunan kekuatan statis. Paduan 7056-T7951 telah dipilih untuk memenuhi keperluan ini karena memiliki fracture toughness yang 40% lebih tinggi daripada 7449.

5. Untuk Lower cover, Alcan telah mengembangkan 2024A-T351 untuk keperluan struktur panel sayap A330. Paduan 2027 Al-Zr yang terbukti memadai untuk aplikasi struktur sayap A340-600, dipakai pula untuk lower outer wing A380-800F.












Fuselage Alloys

Fuselage adalah kombinasi dari banyak part yang berbeda dan membentuk suatu produk yang dalam pada aplikasinya dikenai banyak tipe pembebanan yang berbeda pula. Airbus telah memilih teknologi Laser Beam Welding untuk mengelas pengkaku (stiffeners) yang melapisi beberapa panel. Alcan telah banyak mengembangkan bermacam paduan untuk keperluan fuselage.

    Pelat Aluminium 7040-T7451 telah dipilih untuk aplikasi beberapa fuselage seperti; main frame yang dimachining secara menyeluruh, rangka jendela cockpit, beam dan fitting. paduan ini telah signifikan memberikan kekuatan statik dan toughness dibandingkan pendahulunya 7010/7050-T74. Peningkatan ini karena lebih rendahnya kandungan Cu dan Mg yang terlarut, setelah hasil optomasi pada tingkat sedikit dibawah batas kelarutan, sehingga diperoleh gabungan sifat high strength dan fracture toughness yang baik.
Paduan yang dimachining ini, selain lebih murah dari pada forging, diproses pula melalui teknik yang menghasilkan tegangan sisa yang rendah sehingga menurunkan distorsi machining.
    Paduan aluminium seri 6xxx yang bisa dilas dengan metoda Laser Beam Welding dipakai oleh Airbus untuk panel-panel lower shell fuselage. Dengan LBW dimungkinkan penurunan berat dan biaya proses. Paduan 6156 T6 dipilih untuk aplikasi ini karena keperluan kekuatan tinggi. Selain itu untuk menghindari korosi intergranular pada paduan inipun dilakukan cladding.
    Pengembangan Aluminium masa yang akan datang adalah terfokus pada paduan lanjut dari seri 2xxx, 7xxx, AlMgSc, AlLi. Selain itu diinginkan pula peningkatan sifat kekuatan, damage tolerance, sifat korosi yang unggul, densitas rendah dan lain-lain. Teknologi Las, Cor, ekstrusi panel harus selalu digabungkan dengan perbaikan intrinsik untuk memenuhi kinerja paduan. Hal ini dalam rangka mengoptimalkan struktur pesawat dari sudut pandang berat beban dan biaya produksi.