Vse, kar ste kdaj želeli vedeti o aluminiju (kvadratne cevi iz mehkega jekla)

Aluminij je povsod, kjer je potrebna lahka konstrukcija ali visoka toplotna in električna prevodnost. Tipičen športni motocikel ima aluminijast blok valjev, glavo in ohišje motorja ter varjeno aluminijasto šasijo in nihajno roko. V motorju je ključna uporaba aluminija v njegovih batih, ki zaradi dobrega prevajanja toplote preživijo izpostavljenost temperaturam zgorevanja, ki so daleč nad njihovim tališčem. Kolesa, hladilniki hladilne tekočine in olja, ročice in njihovi nosilci, zgornji in (pogosto) spodnji venci vilic, zgornje cevi vilic (pri vilicah USD), zavorne čeljusti in glavni valji so prav tako iz aluminija.

Vsi smo z občudovanjem strmeli v aluminijasto šasijo, katere zvari spominjajo na legendarni podrti kup poker žetonov. Nekatere od teh šasij in nihajnih rok, kot so tiste na Aprilijinih dvotaktnih dirkalnikih z motorjem 250, so graciozna umetniška dela.

Aluminij je mogoče legirati in toplotno obdelati do večje trdnosti kot mehko jeklo (natezna trdnost 60.000 psi), vendar se večina zlitin obdeluje hitro in enostavno. Aluminij je mogoče tudi ulivati, kovati ali ekstrudirati (tako so izdelani nekateri stranski nosilci šasije). Zaradi visoke toplotne prevodnosti aluminija je za njegovo varjenje potrebna velika amperaža, vroča kovina pa mora biti zaščitena pred atmosferskim kisikom z zaščito z inertnim plinom (TIG ali heli-arc).

Čeprav aluminij za pridobivanje iz boksitne rude potrebuje velike količine električne energije, ko obstaja v kovinski obliki, njegovo recikliranje stane malo in se ne izgubi zaradi rjavenja, kot se to lahko zgodi z jeklom.

Zgodnji proizvajalci motorjev za motorje so hitro sprejeli takrat novo kovino za ohišja ročične gredi, ki bi sicer morala biti iz litega železa, ki bi tehtalo skoraj trikrat več. Čisti aluminij je zelo mehak – spominjam se mamine jeze, ker je oče uporabil svoj dvojni kotel iz zlitine 1100 kot improvizirano past za BB: njegovo dno se je spremenilo v maso jamic.

Kmalu so odkrili povečano trdnost preproste zlitine z bakrom in prav takšno zlitino je avtomobilski pionir WO Bentley uporabil v svojih eksperimentalnih aluminijastih batih pred prvo svetovno vojno. V zaporednih testiranjih z litoželeznimi bati, ki so takrat prevladovali, so Bentleyjevi aluminijasti bati ob prvem poskusu takoj povečali moč. Nižje so delovali, manj so segrevali dovodno mešanico goriva in zraka ter ohranili večjo gostoto. Danes se aluminijasti bati univerzalno uporabljajo v avtomobilskih in motornih motorjih.

Do pojava Boeingovega potniškega letala 787, ojačanega z ogljikovimi vlakni, je bilo osnovno dejstvo v letalstvu, da je bilo skoraj vsako letalo praznega teže 60 odstotkov aluminija. Če pogledamo relativno težo in trdnost aluminija in jekla, se to na prvi pogled zdi nenavadno. Da, aluminij tehta le 35 odstotkov toliko kot jeklo, prostornina za prostornino, vendar so visokotrdna jekla vsaj trikrat močnejša od visokotrdnostnih aluminijev. Zakaj ne bi gradili letal iz tankega jekla?

Šlo je za odpornost proti upogibanju enakovrednih konstrukcij iz aluminija in jekla. Če začnemo z aluminijastimi in jeklenimi cevmi enake teže na čevelj in zmanjšamo debelino stene, se jeklena cev najprej upogne, ker ima njen material, ki je le tretjino debelejši od aluminija, veliko manjšo sposobnost samootrjevanja.

V sedemdesetih letih prejšnjega stoletja sem sodeloval z izdelovalcem okvirjev Frankom Camillierijem. Ko sem ga vprašal, zakaj ne uporabljamo jeklenih cevi večjega premera s tanjšo steno za izdelavo lažjih in trdnejših okvirjev, je odgovoril: »Ko to storiš, ugotoviš, da moraš dodati veliko materiala stvarem, kot so nosilci motorja, da preprečiš razpoke, tako da prihranek teže izgine.«

Kawasaki je aluminijaste nihajne roke prvič uporabil na svojih tovarniških motociklih MX v zgodnjih sedemdesetih letih prejšnjega stoletja; drugi so sledili temu zgledu. Nato je Yamaha leta 1980 Kennyja Robertsa postavila na dvotaktni motocikel GP 500, katerega okvir je bil izdelan iz ekstrudirane aluminijaste cevi s kvadratnim prerezom. Potrebnih je bilo veliko eksperimentiranja z oblikovanjem, a sčasoma so se Yamahini okvirji za cestne dirke GP, z uporabo idej španskega inženirja Antonia Cobasa, razvili v znane velike dvojne aluminijaste nosilce današnjega časa.

Zagotovo obstajajo uspešne šasije drugih tipov – na primer Ducatijeva »rešetkasta« šasija iz jeklenih cevi in ​​John Brittenova »koža in kost« iz ogljikovih vlaken iz zgodnjih devetdesetih let. Toda danes prevladujejo šasije z dvojnimi aluminijastimi nosilci. Prepričan sem, da bi lahko bila delujoča šasija izdelana iz brizgane vezane plošče, če bi imela trpežne pritrdilne točke in običajno preizkušeno geometrijo.

Druga pomembna razlika med jeklom in aluminijem je, da ima jeklo tako imenovano mejo utrujanja: delovno raven napetosti, pod katero je življenjska doba dela v bistvu neskončna. Večina aluminijevih zlitin nima meje utrujanja, zato so aluminijasta letala "uporabna" za načrtovano število ur. Pod to mejo nam jeklo odpusti naše prestopke, aluminij pa si zapomni vse žalitve v obliki nevidnih notranjih poškodb zaradi utrujenosti.

Čudovita podvozja GP iz devetdesetih let prejšnjega stoletja nikoli ne bi mogla biti osnova za množično proizvodnjo. Ta podvozja so bila sestavljena iz kosov, zvarjenih iz strojno obdelanih, stisnjenih in ulitih aluminijastih elementov. To ni le zapleteno, ampak zahteva, da so vse tri zlitine medsebojno varljive. Varjenje stane denar in čas, tudi če ga izvajajo proizvodni roboti.

Tehnologija, ki je omogočila današnje lahke štiritaktne motorje in lita podvozja, so metode polnjenja kalupov z nizko turbulenco, ki ne ujamejo filmov aluminijevega oksida, ki se takoj oblikujejo na staljenem aluminiju. Takšni filmi tvorijo šibka območja v kovini, zaradi katerih so morali biti ulitki v preteklosti veliko debelejši, da so dosegli ustrezno trdnost. Uliti deli iz teh novih postopkov so lahko precej zapleteni, vendar je današnja aluminijasta podvozja mogoče sestaviti z varjenimi spoji, ki jih je mogoče prešteti na prstih ene roke. Ocenjuje se, da novi načini litja prihranijo 13,5 kilograma ali več teže pri serijskih motornih kolesih.

Skupaj s široko paleto jekel je aluminij osnovni delovni konj človeške civilizacije, vendar je za sodobne motorje več kot to. Je bistvo motorja, tako vseprisoten, da ga komaj vidimo ali se zavedamo, koliko zmogljivosti stroja dolgujemo prav njemu.


Čas objave: 20. junij 2019