Tot ce ai vrut vreodată să știi despre aluminiu (tub pătrat din oțel moale)

Aluminiul este prezent peste tot unde este necesară fie o structură ușoară, fie o conductivitate termică și electrică ridicată. Motocicleta sport tipică are un bloc cilindri, o chiulasă și cartere din aluminiu, plus un șasiu și o basculă sudate din aluminiu. În cadrul motorului, aplicația crucială a aluminiului sunt pistoanele sale, care, prin conducerea căldurii atât de bună, sunt capabile să supraviețuiască expunerii la temperaturi de ardere mult peste punctul lor de topire. Roțile, radiatoarele de lichid de răcire și ulei, manetele și suporturile acestora, coroanele furcii superioare și (adesea) inferioare, tuburile superioare ale furcii (la furcile USD), etrierele de frână și cilindrii principali sunt, de asemenea, din aluminiu.

Cu toții am privit cu admirație un șasiu de aluminiu ale cărui suduri seamănă cu legendara grămadă de jetoane de poker căzute. Unele dintre aceste șasiuri și bascule, cum ar fi cele ale motocicletelor de curse Aprilia 250 în doi timpi, sunt opere de artă elegante.

Aluminiul poate fi aliat și tratat termic la rezistențe mai mari decât cea a oțelului moale (la tracțiune de 60.000 psi), însă majoritatea aliajelor se prelucrează rapid și ușor. Aluminiul poate fi, de asemenea, turnat, forjat sau extrudat (așa se fabrică unele grinzi laterale ale șasiului). Conductivitatea termică ridicată a aluminiului face ca sudarea sa să necesite un amperaj mare, iar metalul fierbinte trebuie protejat de oxigenul atmosferic prin intermediul unui gaz inert (TIG sau heli-arc).

Deși aluminiul necesită cantități mari de electricitate pentru a fi extras din minereul său de bauxită, odată ce există sub formă metalică, costă puțin să fie reciclat și nu se pierde din cauza ruginii, așa cum poate fi oțelul.

Primii producători de motoare de motociclete au adoptat rapid noul metal de atunci pentru cartere, care altfel ar fi trebuit să fie din fontă, cântărind aproape de trei ori mai mult. Aluminiul pur este foarte moale - îmi amintesc de furia mamei mele când tata a folosit motorul ei cu baie de abur din aliaj de 1.100 de carburatoare pe post de trampa improvizată: fundul său a devenit o masă de gropițe.

Rezistența sporită a unui aliaj simplu cu cupru a fost descoperită curând, iar pionierul auto W.O. Bentley a folosit un astfel de aliaj în pistoanele sale experimentale din aluminiu dinaintea Primului Război Mondial. În testele consecutive efectuate împotriva pistoanelor din fontă, dominante pe atunci, pistoanele din aluminiu testate de Bentley au sporit imediat puterea. Acestea funcționau la o temperatură mai scăzută, încălzeau mai puțin amestecul combustibil-aer care intra și își păstrau o densitate mai mare. Astăzi, pistoanele din aluminiu sunt utilizate universal în motoarele auto și de motociclete.

Până la apariția avionului de linie 787 de la Boeing, fabricat din plastic armat cu fibră de carbon, era un fapt fundamental în aviație că aproape fiecare avion în stare proprie era compus din 60% aluminiu. Privind greutățile și rezistențele relative ale aluminiului și oțelului, acest lucru pare la prima vedere ciudat. Da, aluminiul cântărește doar 35% din greutatea oțelului, volum pentru volum, dar oțelurile de înaltă rezistență sunt de cel puțin trei ori mai rezistente decât aluminiul de înaltă rezistență. De ce să nu se construiască avioane din oțel subțire?

Totul se reducea la rezistența la flambaj a structurilor echivalente din aluminiu și oțel. Dacă începem cu tuburi de aluminiu și oțel de aceeași greutate pe picior și reducem grosimea peretelui, tubul de oțel se flambează primul, deoarece materialul său, având doar o treime grosimea aluminiului, are o capacitate de auto-contrafortare mult mai mică.

În anii 1970, am lucrat cu constructorul de cadre Frank Camillieri. Când l-am întrebat de ce nu folosim tuburi de oțel cu diametru mai mare și pereți mai subțiri pentru a face cadre mai ușoare și mai rigide, mi-a spus: „Când faci asta, descoperi că trebuie să adaugi o grămadă de materiale la lucruri precum suporturile motorului pentru a le împiedica să crape, astfel încât economiile de greutate dispar.”

Kawasaki a adoptat pentru prima dată basculele din aluminiu pe motocicletele sale MX de fabrică la începutul anilor 1970; celelalte au urmat exemplul. Apoi, în 1980, Yamaha l-a pus pe Kenny Roberts pe o motocicletă GP 500 în doi timpi, al cărei cadru a fost fabricat din țeavă de aluminiu extrudată cu secțiune pătrată. Au fost necesare multe experimente de design, dar în cele din urmă, folosind ideile inginerului spaniol Antonio Cobas, cadrele de curse GP Yamaha au evoluat în familiarele grinzi mari duble din aluminiu de astăzi.

Cu siguranță există și alte tipuri de șasiuri de succes - de exemplu, „spaiul” din țevi de oțel al lui Ducati și șasiul din fibră de carbon „piele și oase” al lui John Britten de la începutul anilor 1990. Dar șasiurile cu grinzi duble din aluminiu au devenit dominante astăzi. Sunt încrezător că un șasiu funcțional ar putea fi fabricat din placaj turnat, cu condiția să aibă puncte de fixare durabile și geometria obișnuită dovedită.

O altă diferență semnificativă între oțel și aluminiu este că oțelul are ceea ce se numește o limită de oboseală: un nivel de solicitare de funcționare sub care durata de viață a piesei este practic infinită. Majoritatea aliajelor de aluminiu nu au o limită de oboseală, motiv pentru care fuselajele din aluminiu sunt „durate” pentru un număr planificat de ore de utilizare. Sub această limită, oțelul ne iartă greșelile, dar aluminiul își amintește toate insultele sub formă de deteriorări interne invizibile prin oboseală.

Frumosul șasiu GP din anii 1990 nu ar fi putut niciodată fi o bază pentru producția de masă. Acele șasiuri erau formate din piese sudate împreună din elemente de aluminiu prelucrate, presate și turnate. Nu numai că este complex, dar necesită ca toate cele trei aliaje să fie sudabile reciproc. Sudarea costă bani și timp, chiar dacă este efectuată de roboți de producție.

Tehnologia care a făcut posibile motoarele ușoare în patru timpi și șasiurile turnate de astăzi sunt metodele de umplere a matrițelor cu turbulență redusă, care nu antrenează peliculele de oxid de aluminiu care se formează instantaneu pe aluminiul topit. Astfel de pelicule formează zone de slăbiciune în metal care, în trecut, necesitau ca piesele turnate să fie mult mai groase pentru a obține o rezistență adecvată. Piesele turnate din aceste noi procese pot fi destul de complexe, însă șasiurile din aluminiu de astăzi pot fi asamblate cu suduri numărabile pe degete. Se estimează că noile metode de turnare economisesc 13,6 kg sau mai mult din greutatea motocicletelor de serie.

Împreună cu marea varietate de oțeluri, aluminiul este un material de bază al civilizației umane, dar este mai mult decât atât pentru motocicletele moderne. Este esența unei motociclete, atât de omniprezentă încât abia o vedem sau ne dăm seama cât de mult din performanța mașinii îi datorăm.


Data publicării: 20 iunie 2019