Všetko, čo ste kedy chceli vedieť o hliníku (štvorcovej rúre z mäkkej ocele)

Hliník je všade tam, kde je potrebná buď ľahká konštrukcia, alebo vysoká tepelná a elektrická vodivosť. Typický športový motocykel má hliníkový blok valcov, hlavu a kľukovú skriňu, plus zváraný hliníkový podvozok a kyvnú vidlicu. V motore je kľúčovou aplikáciou hliníka jeho piesty, ktoré vďaka dobrému vedeniu tepla dokážu prežiť vystavenie teplotám spaľovania vysoko nad ich bodom topenia. Kolesá, chladiče chladiacej kvapaliny a oleja, ručné páky a ich držiaky, horné a (často) spodné korunky vidlíc, horné rúrky vidlíc (vo vidliciach USD), brzdové strmene a hlavné valce sú tiež vyrobené z hliníka.

Všetci sme s obdivom hľadeli na hliníkový podvozok, ktorého zvary pripomínajú legendárnu spadnutú kôpku pokrových žetónov. Niektoré z týchto podvozkov a kyvných ramien, ako napríklad tie z dvojtaktných pretekárskych motocyklov Aprilia s motorom 250 ccm, sú pôvabnými umeleckými dielami.

Hliník sa dá legovať a tepelne spracovávať na pevnosť vyššiu ako mäkká oceľ (pevnosť v ťahu 60 000 psi), no väčšina zliatin sa dá rýchlo a ľahko obrábať. Hliník sa dá tiež odlievať, kovať alebo extrudovať (akým spôsobom sa vyrábajú niektoré bočné nosníky podvozku). Vysoká tepelná vodivosť hliníka si vyžaduje jeho zváranie vysoký prúd a horúci kov musí byť chránený pred atmosférickým kyslíkom ochranným pôsobením inertného plynu (TIG alebo heli-arc).

Hoci hliník vyžaduje na získanie bauxitovej rudy veľké množstvo elektriny, akonáhle existuje v kovovej forme, jeho recyklácia stojí málo a nestráca sa hrdzavením ako oceľ.

Prví výrobcovia motocyklových motorov rýchlo prijali vtedy nový kov na výrobu kľukových skríň, ktoré by inak museli byť vyrobené z liatiny a vážili by takmer trikrát viac. Čistý hliník je veľmi mäkký – pamätám si hnev mojej matky na to, že otec použil jej dvojitý kotol zo zliatiny 1 100 ako improvizovanú pascu na vzduchovky: Jeho dno sa zmenilo na masu jamiek.

Zvýšená pevnosť jednoduchej zliatiny s meďou bola čoskoro objavená a práve túto zliatinu použil automobilový priekopník WO Bentley vo svojich experimentálnych hliníkových piestoch pred prvou svetovou vojnou. V po sebe idúcich testoch s vtedy dominantnými liatinovými piestami Bentleyho prvé hliníkové piesty okamžite zvýšili výkon. Behali chladnejšie, menej ohrievali privádzanú zmes paliva a vzduchu a zachovali si viac jej hustoty. Dnes sa hliníkové piesty univerzálne používajú v motoroch automobilov a motocyklov.

Až do príchodu lietadla Boeing 787 vyrobeného z uhlíkových vlákien vystužených plastov bolo základným faktom v letectve, že takmer každé lietadlo tvorilo 60 percent prázdnej hmotnosti hliníka. Pri pohľade na relatívne hmotnosti a pevnosti hliníka a ocele sa to na prvý pohľad zdá zvláštne. Áno, hliník váži iba o 35 percent menej ako oceľ, objem k objemu, ale vysokopevnostné ocele sú najmenej trikrát pevnejšie ako vysokopevnostné hliníky. Prečo nestavať lietadlá z tenkej ocele?

Išlo o odolnosť voči vybočeniu ekvivalentných konštrukcií z hliníka a ocele. Ak začneme s hliníkovými a oceľovými rúrkami s rovnakou hmotnosťou na stopu a znížime hrúbku steny, oceľová rúrka sa vybočí ako prvá, pretože jej materiál, ktorý má len tretinovú hrúbku hliníka, má oveľa menšiu schopnosť samovystužovania.

V 70. rokoch som spolupracoval s výrobcom rámov Frankom Camillierim. Keď som sa ho opýtal, prečo nepoužívame oceľové rúrky s väčším priemerom a tenšou stenou na výrobu ľahších a tuhších rámov, povedal: „Keď to robíte, zistíte, že musíte pridať veľa materiálu na veci, ako sú držiaky motora, aby nepraskali, a tak sa úspora hmotnosti stratí.“

Kawasaki prvýkrát použila hliníkové kyvné vidlice na svojich továrenských motocykloch MX začiatkom 70. rokov; ostatné nasledovali tento príklad. Potom v roku 1980 Yamaha posadila Kennyho Robertsa na dvojtaktný motocykel GP s objemom 500 ccm, ktorého rám bol vyrobený z extrudovaných hliníkových rúrok so štvorcovým prierezom. Bolo potrebných veľa experimentov s dizajnom, ale nakoniec sa s využitím myšlienok španielskeho inžiniera Antonia Cobasa rámy Yamaha pre cestné preteky GP vyvinuli do dnešných známych veľkých dvojitých hliníkových nosníkov.

Určite existujú úspešné podvozky aj iných typov – napríklad oceľové rúrkové „mriežky“ od Ducati a uhlíkové podvozky „koža a kosť“ od Johna Brittena zo začiatku 90. rokov. Dnes sa však dominantnými stali podvozky s dvojitými hliníkovými nosníkmi. Som presvedčený, že funkčný podvozok by sa dal vyrobiť z lisovanej preglejky, za predpokladu, že by mal odolné skrutkové spoje a obvyklú osvedčenú geometriu.

Ďalším významným rozdielom medzi oceľou a hliníkom je, že oceľ má takzvanú medzu únavy: úroveň pracovného napätia, pod ktorou je životnosť súčiastky v podstate nekonečná. Väčšina hliníkových zliatin nemá medzu únavy, a preto sú hliníkové draky lietadiel „životné“ na plánovaný počet hodín používania. Pod touto hranicou nám oceľ odpúšťa naše priestupky, ale hliník si pamätá všetky urážky vo forme neviditeľného vnútorného poškodenia únavou.

Krásne podvozky GP z 90. rokov by sa nikdy nemohli stať základom pre hromadnú výrobu. Tieto podvozky pozostávali z kusov zvarených z obrábaných, lisovaných a odlievaných hliníkových prvkov. Nielenže je to zložité, ale vyžaduje si to, aby všetky tri zliatiny boli vzájomne zvárateľné. Zváranie stojí peniaze a čas, aj keď sa vykonáva výrobnými robotmi.

Technológia, ktorá umožnila výrobu dnešných ľahkých štvortaktných motorov a liatych podvozkov, sú metódy plnenia foriem s nízkou turbulenciou, ktoré nestrhávajú filmy oxidu hlinitého, ktoré sa okamžite tvoria na roztavenom hliníku. Takéto filmy vytvárajú v kove zóny slabosti, ktoré v minulosti vyžadovali oveľa hrubšie odliatky na dosiahnutie dostatočnej pevnosti. Odliatky z týchto nových procesov môžu byť dosť zložité, no dnešné hliníkové podvozky je možné zostaviť so zvarmi, ktoré sa dajú spočítať na jednej ruke. Odhaduje sa, že nové metódy odlievania ušetria 13 alebo viac kilogramov hmotnosti sériovo vyrábaných motocyklov.

Spolu so širokou škálou ocelí je hliník základným ťažným koňom ľudskej civilizácie, ale pre moderné motocykle je to viac než len to. Je to jadro motocykla, tak všadeprítomné, že ho sotva vidíme alebo si uvedomujeme, akú veľkú časť výkonu stroja mu vďačíme.


Čas uverejnenia: 20. júna 2019