Welke metalen worden in de beste auto’s ter wereld toegepast?

De Formule 1-auto’s zijn supersnel en superveilig. Dit is mogelijk omdat de onderdeelmaterialen op mechanische eigenschappen en dichtheid worden geselecteerd. Want hoe lichter deze zijn, hoe sneller de auto is. Carbonvezel is het voorkeursmateriaal. Maar welke metalen worden in deze auto’s toegepast? 

De Formule 1 brengt de beste coureurs samen met de beste ingenieursteams, met de meest complexe auto’s en natuurlijk ook met het meeste geld. In totaal kost één enkele F1-auto drie tot vier miljoen euro.

Een Formule 1-auto levert meer dan 1.000 pk. De F1-bolides leveren 10 keer meer vermogen dan een standaard personenauto, maar met een gewicht van slechts de helft. In 2022 bedroeg het minimumgewicht 798 kg, inclusief coureur. Een groot deel hiervan betreft de motoreenheid, want deze moet volgens het reglement ten minste 150 kg wegen. Bij alle anderen onderdelen wordt zo veel mogelijk gewicht bespaard. Dit wordt aan de ene kant bereikt door een slimme materiaalselectie en aan de andere kant door een efficiënt ontwerp. Naast de gewichtsvermindering staat echter ook altijd de veiligheid voorop.

Afgezien van de transmissie, de motor en de wielophanging is een F1-auto grotendeels gemaakt van carbonvezel-materiaal. Carbonvezel wordt gekenmerkt door een hoge stijfheid en sterkte bij een zeer laag gewicht – perfect voor de Formule 1. Maar voor de extreme mechanische en thermodynamische eisen moeten metalen worden toegepast.

10.000 onderdelen

Het vermogen wordt geleverd door de geavanceerde V6 hybride-motor met een cilinderinhoud van 1,6 liter. Deze pk-krachtpatsers mogen uitsluitend worden vervaardigd door fabrikanten die door de FIA zijn goedgekeurd. Momenteel zijn Mercedes, Ferrari, Renault en Honda in de Formule 1 actief. Vanaf 2026 zullen er zes fabrikanten zijn: Audi en RB Powertrains/Ford hebben zich laten registreren naast de reeds bestaande vier fabrikanten. Elk F1-team mag motoren uitsluitend bij een van deze fabrikanten afnemen en heeft daarna de taak om de complete auto om deze motor heen te bouwen.

De Power-unit van de wereldkampioenauto in 2021, de Mercedes W12, bestaat uit 10.000 aparte onderdelen. In het FIA-reglement is voor elk onderdeel gedetailleerd vastgelegd van welk materiaal het moet worden gemaakt en hoe het moet worden vervaardigd. De Power-unit bestaat hoofdzakelijk uit metalen. Vanwege de op grote schaal toegepaste elektronica kunnen deze hier niet alle worden genoemd. Titanium of titaniumlegeringen worden voor veel motoronderdelen en voor de wielophanging gebruikt, omdat titanium beschikt over een hoge taaiheid, sterkte, rekbaarheid en corrosiebestendigheid. Om gewicht te besparen, zijn minder sterk belaste onderdelen, zoals de cilinderkop, gemaakt van aluminium. De kruk- en nokkenassen worden vervaardigd uit één staalwerkstuk.

Als de tandwielen gloeien

Na de motor is de transmissie met acht versnellingen het op één na zwaarste onderdeel. Tijdens de ruim 300 km lange race op Silverstone schakelt een coureur meer dan 2.000 keer. Dat is een enorme belasting voor de tandwielen. Deze zijn gemaakt van hoogvast staal en ze moeten na elke race worden vervangen. Dit in tegenstelling tot de transmissiebehuizing, die het hele seizoen meegaat. Deze moet zo stijf mogelijk zijn, omdat de achteras aan de behuizing is bevestigd. Daarom wordt deze gemaakt van titanium en carbonvezel. De aandrijfassen zijn gemaakt van staal. Voor onderdelen die niet met Additive Manufacturing worden vervaardigd, is elke staallegering toegestaan. De minder belaste transmissieonderdelen worden van aluminium, maar ook van kunststof gemaakt.

Hoe CNC-draaibanken een bijdrage leveren

De onderdelen van een Formule 1-auto moet nauwkeurig en veilig voor een prototype tot aan kleine series worden vervaardigd. De snelle onderzoeks- en ontwikkelingsfase, maar ook de jaarlijkse regelwijzigingen van de FIA zorgen voor extra uitdagingen. Van de machines wordt dus de grootste flexibiliteit gevraagd. Commerciële, doch hoogwaardige CNC-installaties kunnen voldoen aan deze eisen. Zo spectaculair de onderdelen ook zijn, de machines zijn eenvoudig.

Voor de vervaardiging van rotatiesymmetrische onderdelen, zoals zuigers, kruk-, transmissie- en aandrijfassen alsmede wielnaven worden CNC-draaibanken gebruikt. Dankzij de toepassing van uiteenlopende gereedschappen kunnen vele materialen worden bewerkt. En omdat deze machines van een F1-team zeer hoogwaardig zijn en correct zijn onderhouden en verzorgd, kunnen deze nog vele jaren betrouwbaar worden gebruikt. Als deze machines worden vervangen door nieuwere installaties, komen ze op de markt voor gebruikte machines terecht. Want een F1-raceteam fungeert in dergelijke gevallen ook als een gewoon metaalverwerkend bedrijf.

Bron: Surplex