Sve što ste ikada željeli znati o aluminijumu (kvadratne cijevi od mekog čelika)

Aluminij se koristi svugdje gdje je potrebna lagana konstrukcija ili visoka toplinska i električna provodljivost. Tipičan sportski motocikl ima aluminijski blok cilindra, glavu i kućište radilice, plus zavarenu aluminijsku šasiju i viljušku. Unutar motora, ključna primjena aluminija su njegovi klipovi, koji zahvaljujući dobrom provođenju topline mogu preživjeti izloženost temperaturama sagorijevanja daleko iznad svoje tačke topljenja. Točkovi, hladnjaci rashladne tečnosti i ulja, ručne poluge i njihovi nosači, gornje i (često) donje krune viljuški, gornje cijevi viljuški (kod USD viljuški), kočione čeljusti i glavni cilindri također su od aluminija.

Svi smo s divljenjem zurili u aluminijsku šasiju čiji zavari podsjećaju na legendarnu srušenu hrpu žetona za poker. Neke od ovih šasija i viljuški, poput onih na Aprilijinim dvotaktnim trkaćim motociklima s motorom od 250 ccm, predstavljaju graciozna umjetnička djela.

Aluminij se može legirati i termički obrađivati ​​do čvrstoće veće od one kod mekog čelika (zatezna čvrstoća od 60.000 psi), no većina legura se brzo i lako obrađuje. Aluminij se također može lijevati, kovati ili ekstrudirati (što je način na koji se izrađuju neke bočne grede šasije). Visoka toplinska provodljivost aluminija zahtijeva veliku amperažu za njegovo zavarivanje, a vrući metal mora biti zaštićen od atmosferskog kisika zaštitom inertnim plinom (TIG ili heli-arc).

Iako aluminij zahtijeva velike količine električne energije za dobijanje iz boksitne rude, kada postoji u metalnom obliku, njegovo recikliranje je malo koštalo i ne gubi se zbog hrđanja, kao što to može biti slučaj s čelikom.

Rani proizvođači motora motocikala brzo su usvojili tada novi metal za kućišta radilice, koja bi inače morala biti od lijevanog željeza, težine skoro tri puta više. Čisti aluminij je vrlo mekan - sjećam se majčine ljutnje što je moj tata koristio njen dvostruki kotao od legure 1.100 kao improviziranu BB zamku: Njegovo dno se pretvorilo u masu udubljenja.

Povećana čvrstoća jednostavne legure s bakrom ubrzo je otkrivena, i upravo je takvu leguru automobilski pionir WO Bentley koristio u svojim eksperimentalnim aluminijskim klipovima prije Prvog svjetskog rata. U uzastopnim ispitivanjima s tada dominantnim klipovima od lijevanog željeza, Bentleyevi prvi pokušaji s aluminijskim klipovima odmah su povećali snagu. Radili su hladnije, manje su zagrijavali ulaznu smjesu goriva i zraka i sačuvali su veću gustoću. Danas se aluminijski klipovi univerzalno koriste u automobilskim i motociklističkim motorima.

Do pojave Boeingovog aviona 787 ojačanog plastikom od ugljičnih vlakana, osnovna činjenica u avijaciji bila je da je gotovo svaki avion u praznom stanju sadržavao 60 posto aluminija. Gledajući relativne težine i čvrstoće aluminija i čelika, ovo na prvi pogled izgleda čudno. Da, aluminij teži samo 35 posto manje od čelika, zapremina zapremina, ali čelici visoke čvrstoće su najmanje tri puta jači od aluminija visoke čvrstoće. Zašto ne graditi avione od tankog čelika?

Sve se svelo na otpornost na izvijanje ekvivalentnih konstrukcija od aluminija i čelika. Ako počnemo s aluminijskim i čeličnim cijevima iste težine po metru i smanjimo debljinu stijenke, čelična cijev se prva izvija jer njen materijal, budući da je samo trećina debljine aluminija, ima mnogo manju sposobnost samoučvršćivanja.

Tokom 1970-ih, radio sam s proizvođačem ramova Frankom Camillierijem. Kada sam ga pitao zašto ne koristimo čelične cijevi većeg promjera i tanjih stijenki kako bismo napravili lakše i kruće ramove, rekao je: „Kada to radite, shvatite da morate dodati mnogo materijala na stvari poput nosača motora kako biste spriječili pucanje, tako da ušteda na težini nestaje.“

Kawasaki je prvi put uveo aluminijske viljuške na svoje fabričke MX motocikle početkom 1970-ih; ostali su slijedili taj primjer. Zatim je 1980. godine Yamaha stavila Kennyja Robertsa na dvotaktni GP motocikl od 500 ccm čiji je okvir izrađen od ekstrudirane aluminijske cijevi kvadratnog presjeka. Bilo je potrebno mnogo eksperimentiranja s dizajnom, ali na kraju su se, koristeći ideje španskog inženjera Antonija Cobasa, Yamahini GP ramovi za cestovne utrke razvili u poznate velike dvostruke aluminijske grede današnjice.

Svakako postoje uspješne šasije drugih tipova - na primjer Ducatijeva "rešetkasta" šasija od čeličnih cijevi i John Brittenova "koža i kost" šasija od karbonskih vlakana s početka 1990-ih. Ali šasije s dvostrukim aluminijskim gredama postale su dominantne danas. Uvjeren sam da bi se funkcionalna šasija mogla napraviti od lijevane šperploče, pod uvjetom da ima izdržljive vijke i uobičajenu provjerenu geometriju.

Još jedna značajna razlika između čelika i aluminija je ta što čelik ima ono što se naziva granica zamora: nivo radnog napona ispod kojeg je vijek trajanja dijela u suštini beskonačan. Većina aluminijskih legura nema granicu zamora, zbog čega su aluminijski trupovi "trajni" za planirani broj sati upotrebe. Ispod ove granice, čelik nam oprašta naše greške, ali aluminij pamti sve uvrede u obliku nevidljivih unutrašnjih oštećenja od zamora.

Prekrasne šasije GP-a iz 1990-ih nikada nisu mogle biti osnova za masovnu proizvodnju. Te šasije su se sastojale od komada zavarenih od mašinski obrađenih, presovanih i livenih aluminijumskih elemenata. To nije samo složeno, već zahtijeva da sve tri legure budu međusobno zavarljive. Zavarivanje košta novac i vrijeme, čak i ako se izvodi proizvodnim robotima.

Tehnologija koja je omogućila današnje lagane četverotaktne motore i lijevane šasije su metode punjenja kalupa s niskom turbulencijom koje ne zadržavaju filmove aluminijevog oksida koji se trenutno formiraju na rastopljenom aluminijumu. Takvi filmovi formiraju zone slabosti u metalu koje su u prošlosti zahtijevale mnogo deblje odljevke kako bi se postigla odgovarajuća čvrstoća. Lijevani dijelovi iz ovih novih procesa mogu biti prilično složeni, ali današnje aluminijske šasije mogu se sastaviti sa zavarima koji se mogu izbrojati na jednoj ruci. Procjenjuje se da nove metode lijevanja štede 13 ili više kilograma težine kod serijskih motocikala.

Zajedno sa širokim spektrom čelika, aluminij je osnovni radni konj ljudske civilizacije, ali za moderne motocikle je više od toga. To je srž motocikla, toliko sveprisutna da je jedva vidimo ili priznajemo koliko performansi mašine dugujemo upravo njemu.


Vrijeme objave: 20. juni 2019.