Всичко, което някога сте искали да знаете за алуминия (квадратна тръба от мека стомана)

Алуминият е навсякъде, където се изисква или лека конструкция, или висока топло- и електрическа проводимост. Типичният спортен мотоциклет има алуминиев цилиндров блок, глава и картер, плюс заварено алуминиево шаси и люлеещо се рамо. В двигателя, ключовото приложение на алуминия са неговите бутала, които, благодарение на добрата топлопроводимост, са способни да издържат на температури на горене, далеч над точката им на топене. Колелата, радиаторите за охлаждаща течност и масло, ръчните лостове и техните скоби, горните и (често) долните корони на вилките, горните тръби на вилките (в USD вилките), спирачните апарати и главните цилиндри също са от алуминий.

Всички сме се взирали с възхищение в алуминиево шаси, чиито заварки наподобяват легендарната паднала купчина покер чипове. Някои от тези шасита и люлеещи се рамена, като тези на двутактовите състезателни мотоциклети Aprilia 250, са изящни произведения на изкуството.

Алуминият може да бъде легиран и термично обработен до якост, по-голяма от тази на меката стомана (якост на опън 60 000 psi), но повечето сплави се обработват бързо и лесно. Алуминият може също да бъде отливан, кован или екструдиран (както се правят някои странични греди на шасито). Високата топлопроводимост на алуминия изисква голям ампераж за заваряване, а горещият метал трябва да бъде защитен от атмосферния кислород чрез защита с инертен газ (TIG или хели-дъга).

Въпреки че алуминият изисква големи количества електроенергия, за да се добие от бокситовата си руда, след като съществува в метална форма, рециклирането му струва малко и не се губи поради ръжда, както може да се случи със стоманата.

Ранните производители на мотоциклетни двигатели бързо възприели тогава новия метал за картерите, които иначе би трябвало да са от чугун, тежащ почти три пъти повече. Чистият алуминий е много мек - спомням си гнева на майка ми, че баща ми използва нейния двоен котел от сплав 1100 като импровизиран капан за BB: Дъното му се превърна в маса от вдлъбнатини.

Повишената якост на проста сплав с мед скоро била открита и именно такава сплав автомобилният пионер Уо Бентли използвал в своите експериментални алуминиеви бутала преди Първата световна война. При последователни тестове срещу доминиращите по това време чугунени бутала, първите алуминиеви бутала на Бентли веднага увеличили мощността. Те работили по-хладно, нагрявали по-малко входящата горивовъздушна смес и запазвали по-голяма част от нейната плътност. Днес алуминиевите бутала се използват универсално в автомобилни и мотоциклетни двигатели.

До появата на Boeing, самолет 787, подсилен с въглеродни влакна, основен факт в авиацията беше, че почти всеки самолет е с 60% тегло в празен ход. Като се имат предвид относителните тегла и здравини на алуминия и стоманата, това на пръв поглед изглежда странно. Да, алуминият тежи само 35% от стоманата, обем за обем, но високоякостните стомани са поне три пъти по-здрави от високоякостните алуминии. Защо да не се строят самолети от тънка стомана?

Всичко се свеждаше до съпротивлението на огъване на еквивалентни конструкции от алуминий и стомана. Ако започнем с алуминиеви и стоманени тръби с еднакво тегло на фут и намалим дебелината на стената, стоманената тръба се огъва първа, защото материалът ѝ, бидейки само една трета от дебелината на алуминия, има много по-малка способност за самозатягане.

През 70-те години на миналия век работех с производителя на рамки Франк Камилиери. Когато го попитах защо не използваме стоманени тръби с по-голям диаметър и по-тънки стени, за да направим по-леки и по-твърди рамки, той каза: „Когато правите това, установявате, че трябва да добавите много материал към неща като опорите на двигателя, за да предотвратите напукване, така че спестяването на тегло да изчезне.“

Kawasaki за първи път внедрява алуминиеви шарнири на своите фабрични MX мотоциклети в началото на 70-те години на миналия век; останалите последват примера. След това, през 1980 г., Yamaha поставя Кени Робъртс на двутактов GP мотоциклет 500, чиято рамка е изработена от екструдирана алуминиева тръба с квадратно сечение. Необходими са много дизайнерски експерименти, но в крайна сметка, използвайки идеите на испанския инженер Антонио Кобас, рамките за шосейни състезания GP на Yamaha са се превърнали в познатите днес големи двойни алуминиеви греди.

Със сигурност има успешни шасита от други видове - например стоманените тръбни „решетъчни“ шасита на Ducati и шаситата от въглеродни влакна „кожа и кости“ на Джон Бритън от началото на 90-те години. Но шаситата с двойни алуминиеви греди са доминиращи днес. Уверен съм, че работещо шаси може да бъде направено от формован шперплат, стига да има здрави болтови точки и обичайната доказана геометрия.

Друга съществена разлика между стоманата и алуминия е, че стоманата има така наречената граница на умора: ниво на работно напрежение, под което животът на детайла е практически безкраен. Повечето алуминиеви сплави нямат граница на умора, поради което алуминиевите корпуси са „използвани“ за планиран брой часове употреба. Под тази граница стоманата ни прощава грешките, но алуминият помни всички повреди под формата на невидими вътрешни повреди от умора.

Красивите шасита на GP от 90-те години на миналия век никога не биха могли да бъдат основа за масово производство. Тези шасита се състоеха от части, заварени заедно от машинно обработени, пресовани и отлети алуминиеви елементи. Това не само е сложно, но и изисква и трите сплави да бъдат взаимно заваряеми. Заваряването струва пари и време, дори ако се извършва от производствени роботи.

Технологията, която направи възможни днешните леки четиритактови двигатели и ляти шасита, са методи за пълнене на форми с ниска турбулентност, които не увличат филмите от алуминиев оксид, които се образуват мигновено върху разтопения алуминий. Такива филми образуват зони на слабост в метала, които в миналото изискваха отливките да бъдат много по-дебели, за да се постигне адекватна якост. Отливаните части от тези нови процеси могат да бъдат доста сложни, но днешните алуминиеви шасита могат да се сглобяват със заварки, които могат да се преброят на едната ръка. Смята се, че новите методи за леене спестяват 13,5 или повече килограма тегло при производствените мотоциклети.

Заедно с голямото разнообразие от стомани, алуминият е основен работен кон на човешката цивилизация, но за съвременните мотоциклети е нещо повече от това. Той е сърцевината на мотоциклета, толкова повсеместен, че едва го виждаме или осъзнаваме колко голяма част от производителността на машината дължим на него.


Време на публикуване: 20 юни 2019 г.