W wyścigach Formuły 3 wybór materiałów jest kluczowy. Zespoły potrzebują, aby każdy komponent był lekki, wytrzymały i niezawodny. Ten przewodnik omawia najlepsze metale — zwłaszcza aluminium i tytan — do kluczowych części samochodów Formuły 3. Jest przeznaczony dla inżynierów i kupców zaangażowanych w budowę samochodów na zamówienie.
1. Nadwozie i monokok
Nowoczesne samochody Formuły 3 wykorzystują włókno węglowe w konstrukcji monokoków, ale metalowe wkładki i strukturalne wsporniki pozostają ważne.
Stosowane materiały:
- Aluminium 7075-T6: Idealne na gwintowane wkładki, mocne i lekkie.
- Aluminium 6061-T6: Dobre do wsporników spawanych i łatwe w obróbce.
- Tytan Ti-6Al-4V: Używany w strefach wzmocnionych; doskonała odporność na zmęczenie i korozję.
Podsumowanie: Używaj tytanu tam, gdzie kluczowa jest wytrzymałość; aluminium dobrze sprawdza się w ogólnych połączeniach konstrukcji. Tytan jest trudny w obróbce, dlatego wybór odpowiedniego producenta ma ogromne znaczenie. Polecamy tutaj precyzyjne usługi CNC firmy TUOFA: tuofa-cncmachining.com. z niemal 20-letnim doświadczeniem w obróbce trudnych metali.
2. Elementy zawieszenia
Zawieszenia w Formule 3 obejmują zwrotnice, wahacze, dźwignie i drążki. Części te muszą być mocne, sztywne i jak najlżejsze.
Typowe wybory materiałowe:
- Aluminium 7075-T6: Używane do zwrotnic, dźwigni i elementów obrabianych CNC.
- Tytan Ti-6Al-4V: Używany w drążkach zawieszenia i sworzniach dla lepszej odporności zmęczeniowej.
- Stal 4130: Nadal używana w niektórych zespołach do cienkościennych wahaczy.
Wskazówka: Aluminium do dużych części, tytan do elementów obciążonych, stal do smukłych ramion przy ograniczonym budżecie.
W starszych lub budżetowych projektach nadal można stosować aluminium 2024-T3 ze względu na jego dobrą odporność zmęczeniową, choć jest ono mniej odporne na korozję niż 6061 lub 7075.
Porównanie właściwości materiałów:
|
Właściwość |
Aluminium 6061-T6 |
Aluminium 7075-T6 |
Aluminium 2024-T3 |
|
Gęstość (g/cm³) |
2,70 |
2,81 |
2,78 |
|
Granica plastyczności (MPa) |
276 |
505 |
345 |
|
Wytrzymałość na rozciąganie (MPa) |
310 |
572 |
483 |
|
Wytrzymałość zmęczeniowa (MPa) |
~96 |
~159 |
~140 |
|
Spawalność |
Doskonała |
Słaba |
Słaba |
3. Układ hamulcowy
Elementy hamulcowe są narażone na wysokie temperatury i powtarzające się naprężenia. Wybór materiału wpływa na odprowadzanie ciepła i sztywność.
Najlepsze materiały:
- Aluminium 6061-T6: Powszechnie stosowane w korpusach zacisków.
- Aluminium 7075-T6: Stosowane w zaciskach i dzwonach tarcz dla większej sztywności.
- Tytan Ti-6Al-4V: Doskonały do tłoczków zacisków i śrub dzięki niskiej przewodności cieplnej i wysokiej wytrzymałości.
Uwaga: Tytan pomaga utrzymać niższą temperaturę płynu hamulcowego i redukuje masę nieresorowaną.
Porównanie właściwości mechanicznych i termicznych materiałów:
|
Właściwość |
Aluminium 6061-T6 |
Aluminium 7075-T6 |
Tytan Ti-6Al-4V |
|
Gęstość (g/cm³) |
2,70 |
2,81 |
4,43 |
|
Przewodność cieplna (W/m·K) |
167 |
130 |
6,7 |
|
Granica plastyczności (MPa) |
276 |
505 |
880 |
|
Moduł sprężystości (GPa) |
69 |
71 |
110 |
|
Odporność na korozję |
Dobra |
Umiarkowana |
Doskonała |
4. Mocowania silnika i wsporniki
Te elementy łączą główne części, takie jak silnik, skrzynia biegów i skrzydła z nadwoziem. Muszą być mocne, odporne na drgania i wysoką temperaturę.
Dobór materiałów:
- Aluminium 6061-T6: Łatwe do spawania, często stosowane w ramowych wspornikach.
- Aluminium 7075-T6: Używane tam, gdzie przewidywane są wyższe naprężenia, np. w płytach adapterowych silnika.
- Tytan Ti-6Al-4V: Najlepszy w strefach wysokotemperaturowych lub newralgicznych punktach podlegających drganiom.
Porada: 6061 do części spawanych, 7075 do wysokowytrzymałych płyt, tytan tam, gdzie liczy się odporność zmęczeniowa lub cieplna.
5. Elementy złączne i łączniki
Elementy złączne mogą być małe, ale mają ogromny wpływ na całkowitą masę i niezawodność samochodu. Obróbka materiałów:
Porównanie materiałów:
Stal (klasa 12.9): Bardzo wytrzymała i ekonomiczna, ale ciężka i podatna na korozję.
Tytan Ti-6Al-4V: 40–45% lżejszy niż stal, bezproblemowy pod względem korozji. Najlepszy do śrub zawieszenia, hamulców i silnika.
Aluminium 7075-T6: Bardzo lekkie, ale odpowiednie tylko do niskonaprężeniowych zastosowań, np. paneli nadwozia.
Sugestia: Używaj tytanu w miejscach o wysokim obciążeniu i wrażliwych na masę. Aluminium pozostaw na części kosmetyczne lub o niskim ryzyku.
Porównanie właściwości elementów złącznych:
|
Materiał |
Masa względna (względem stali) |
Wytrzymałość na rozciąganie (MPa) |
Odporność na korozję |
Granica zmęczeniowa (MPa) |
|
Stal klasy 12.9 |
100% |
1220 |
Umiarkowana (wymaga powłoki) |
~450 |
|
Tytan Ti-6Al-4V |
~55% |
950 |
Doskonała |
~400 |
|
Aluminium 7075-T6 |
~33% |
572 |
Umiarkowana |
~159 |
Tabela porównawcza materiałów
|
Właściwość |
Aluminium 6061-T6 |
Aluminium 7075-T6 |
Tytan Ti-6Al-4V |
|
Gęstość (g/cm³) |
2,70 |
2,81 |
4,43 |
|
Granica plastyczności (MPa) |
276 |
505 |
880 |
|
Wytrzymałość na rozciąganie (MPa) |
310 |
572 |
950 |
|
Moduł sprężystości (GPa) |
69 |
71 |
110 |
|
Wytrzymałość zmęczeniowa (MPa) |
~96 |
~159 |
~400 |
|
Odporność na korozję |
Dobra |
Umiarkowana |
Doskonała |
|
Spawalność |
Doskonała |
Słaba |
Słaba |
|
Obrabialność |
Dobra |
Umiarkowana |
Trudna |
|
Typowe zastosowanie w F3 |
Wsporniki, zaciski |
Zwrotnice, dźwignie |
Sworznie, śruby, wkładki |
Podsumowanie
Samochody Formuły 3 wykorzystują materiały do granic możliwości. Aluminium 7075-T6 jest idealne do części wymagających wysokiej wytrzymałości, takich jak zwrotnice czy dzwony tarcz hamulcowych. Aluminium 6061-T6 dobrze sprawdza się we wspornikach spawanych i ogólnych komponentach. Tytan Ti-6Al-4V należy zachować dla elementów złącznych, ogniw zawieszenia i wkładek tam, gdzie kluczowa jest trwałość, odporność na zmęczenie lub wysoką temperaturę.
Każdy materiał ma swoje zalety. Właściwy wybór pozwala zespołom zmniejszyć masę, zwiększyć bezpieczeństwo i poprawić osiągi — wszystko w ramach regulaminu i budżetów Formuły 3.
