Smidigt superstål gør biler sikre

Omkostningerne ved 200.000 bilulykker i Tyskland hvert år skal minimeres ved hjælp af en ny type stål, som forskere fra Max Planck-Instituttet i samarbejde med det tyske stålinstitut (Stahlinstitut VDEh) har udviklet.

Ved et sammenstød skal chassisets stålkomponenter helst have to egenskaber: De skal være tilstrækkeligt bøjelige til at absorbere energien fra slaget, men samtidig være stærkt nok til ikke at krølle sammen, så passagerne i bilen bliver beskyttet bedst.

Det nye stål - det såkaldt TWIP-stål (twinning induced plasticity) er udviklet specielt med disse egenskaber for øje.

Så smidig som en elastik. Øverst en TWIP-stållegering. I midten er stålet blevet strakt med faktor 8,5. Nederst er legeringen knækket ved faktor 10,25. Foto: Max Planck Instituttet. Illustration: Max Planck Instituttet.

Hvis en bil med TWIP-stål i chassiset støder ind i anden bil, vil TWIP-stålet derformere på en mere hensigtsmæssig måde end almindeligt stål og samtidig forblive stærkt.

Det sker pga. af stålets indbyggede »smidighedsreserve« (ductility reserve), der i langt højere grad end almindeligt stål er i stand til at sende chokbølgerne fra sammenstødet videre i stålet.

Bliver stærkere og stærkere

Hver lille del af stålet strækker sig (deformerer) og sender energien videre, så næste lille del af stålet også strækker sig og sender videre. Når stålet har strakt sig, bliver det oven i købet stærkere, end det var før, skriver Max Planck-Instituttet.

Ved på den måde at fordele energien over en større overflade bliver selve kollisionsøjeblikket absorberet mere effektivt, og passagerne i bilen er bedre sikret.

»Ved deformeringen er stålet i stand til at absorbere meget af energien fra sammenstødet,« siger Dr. Stefan Zaefferer fra Max Planck Instituttet til The Engineer.

»Og mens du deformerer stålet, bliver det kun stærkere og stærkere. Ideen er, at du kan beskytte passagererne ved sende mindre energi videre til dem og mere ind i stålet,« tilføjer forskeren.

Til kofangere og døre

Det er planen at integrere TWIP-stål i kofangere og døre, som er bilers mest følsomme områder ved et sammenstød.

Som alle andre legeringer får TWIP sine egenskaber fra ændringen af krystalgitterstrukturen - eller det rumlige arrangement at atomerne i metallet - ved at tilføre forskellige grundstoffer. Disse grundstoffer ændrer gitterstrukturens form, og metallet opfører sig anderledes, skriver The Engineer.

TWIP indeholder 22-25 procent af grundstoffet mangan og består ellers af jern, aluminium og en smule kulstof eller silicium.

Men indholdet er ikke hele forklaringen på TWIPs ekstreme smidighed. Noget af forklaringen er den tvindingseffekt i metallet, der opnås under konstruktionen, men forskerne ved ikke, hvorfor metallet er så smidigt.

»Vi forstår det faktisk ikke,« siger Stefan Zaefferer og tilføjer, at der skal fundamental forskning til at aflure metallets smidighed.

Tre firmaer skulle stå på spring for at lave produkter ud af TWIP-stål. Det drejer sig om Thyssenkrupp, Arcelor og Salzgitter Steel.