Sve što ste ikada željeli znati o aluminijumu (kvadratna cijev od mekog čelika)

Aluminij je svuda gdje je potrebna ili lagana struktura ili visoka toplinska i električna provodljivost. Tipični sportski bicikl ima aluminijski blok cilindra, glavu i kućište, plus zavareno aluminijsko šasiju i zamašnu polugu. Unutar motora, ključna primena aluminijuma su njegovi klipovi, koji tako dobro provode toplotu, mogu da prežive izlaganje temperaturama sagorevanja daleko iznad njihove tačke topljenja. Točkovi, radijatori rashladne tečnosti i ulja, ručne poluge i njihovi nosači, gornje i (često) donje krune viljuške, gornje cijevi viljuške (u USD viljuškama), kočione čeljusti i glavni cilindri su također od aluminija.

Svi smo sa divljenjem zurili u aluminijumsku šasiju čiji zavari liče na legendarni pali snop čipova za poker. Neke od ovih šasija i klackalica, kao što su one Aprilijinih dvotaktnih 250 trkača, graciozna su umjetnička djela.

Aluminij se može legirati i termički obraditi do jačine veće od one od mekog čelika (zatezna snaga od 60.000 psi), a ipak većinu legura brzo i lako obrađuje. Aluminij se također može lijevati, kovati ili ekstrudirati (na taj način se prave neke bočne grede šasije). Visoka toplotna provodljivost aluminijuma čini da njegovo zavarivanje zahteva veliku amperažu, a vrući metal mora biti zaštićen od atmosferskog kiseonika zaštitom od inertnog gasa (TIG ili heli-arc).

Iako aluminij zahtijeva velike količine električne energije da bi dobio iz rude boksita, jednom kada postoji u metalnom obliku, malo košta recikliranje i ne gubi se zbog hrđe, kao što to može biti čelik.

Rani proizvođači motora za motocikle brzo su usvojili tada novi metal za kućište radilice, koji bi inače morao biti od livenog gvožđa i teži skoro tri puta. Čisti aluminijum je veoma mekan — sećam se mamine ljutnje što je moj tata koristio njen dvostruki kotao od 1.100 legure kao improvizovanu BB zamku: njeno dno je postalo masa rupica.

Ubrzo je otkrivena povećana čvrstoća jednostavne legure s bakrom, a to je bila takva legura koju je pionir automobila WO Bentley koristio u svojim eksperimentalnim aluminijskim klipovima prije Prvog svjetskog rata. U uzastopnom testiranju u odnosu na tada dominantne klipove od livenog gvožđa, Bentleyjevi aluminijumski klipovi prvog pokušaja odmah su povećali snagu. Radili su hladnije, manje su zagrevali ulaznu mešavinu goriva i vazduha i sačuvali veću gustinu. Danas se aluminijski klipovi univerzalno koriste u motorima automobila i motocikala.

Do pojave Boeingovog aviona 787 od plastike ojačane karbonskim vlaknima, osnovna činjenica avijacije bila je da je prazna težina skoro svakog aviona bila 60 posto aluminijuma. Gledajući relativnu težinu i snagu aluminijuma i čelika, ovo se u početku čini čudnim. Da, aluminij teži samo 35 posto više od čelika, volumen za volumen, ali čelici visoke čvrstoće su najmanje tri puta jači od aluminija visoke čvrstoće. Zašto ne praviti avione od tankog čelika?

To se svodilo na otpornost na izvijanje ekvivalentnih konstrukcija od aluminija i čelika. Ako počnemo s aluminijskim i čeličnim cijevima iste težine po stopi, a smanjimo debljinu stijenke, čelična cijev se prvo kopča jer njen materijal, koji je samo jednu trećinu deblji od aluminija, ima mnogo manju sposobnost samoučvršćivanja.

Tokom 1970-ih radio sam sa Frankom Camillierijem koji je gradio okvire. Kada sam ga pitao zašto nismo koristili čelične cijevi većeg promjera sa tanjim zidom da napravimo lakše, čvršće okvire, rekao je: „Kada to učinite, shvatite da morate dodati gomilu materijala stvarima poput nosača motora na čuvajte ih od pucanja, tako da ušteda na težini nestane.”

Kawasaki je prvi put usvojio aluminijumske zamašne ruke na svojim fabričkim MX motociklima ranih 1970-ih; ostali su slijedili primjer. Zatim je 1980. Yamaha stavila Kennyja Robertsa na 500 dvotaktni GP motocikl čiji je okvir napravljen od ekstrudirane aluminijumske cijevi kvadratnog presjeka. Bilo je potrebno mnogo dizajnerskih eksperimenata, ali na kraju, koristeći ideje španjolskog inženjera Antonija Cobasa, Yamahini GP okviri za cestovne trke evoluirali su u poznate velike dvostruke aluminijumske grede današnjice.

Svakako da postoje uspješne šasije i drugih tipova — Ducatijeva „rešetka“ od čelične cijevi za jednu i John Brittenova „koža i kosti“ šasija od karbonskih vlakana iz ranih 1990-ih. Ali šasije sa dvostrukom aluminijumskom gredom danas su postale dominantne. Uvjeren sam da bi izvediva šasija mogla biti napravljena od oblikovane šperploče, pod uvjetom da ima izdržljive točke za vijke i uobičajenu dokazanu geometriju.

Još jedna značajna razlika između čelika i aluminija je u tome što čelik ima ono što se zove granica zamora: nivo radnog naprezanja ispod kojeg je vijek trajanja dijela u suštini beskonačan. Većina aluminijskih legura nema ograničenje zamora, zbog čega su aluminijski okviri aviona „doživljeni“ za planirani broj sati upotrebe. Ispod ove granice čelik nam oprašta naše prestupe, ali aluminijum pamti sve uvrede u vidu nevidljivih oštećenja unutrašnjeg zamora.

Prekrasna GP šasija iz 1990-ih nikada nije mogla biti osnova za masovnu proizvodnju. Te šasije su se sastojale od komada zavarenih od mašinski, presovanih i livenih aluminijumskih elemenata. Ne samo da je to složeno, već zahtijeva da sve tri legure budu međusobno zavarljive. Zavarivanje košta novac i vrijeme, čak i ako ga izvode proizvodni roboti.

Tehnologija koja je omogućila današnje lagane četverotaktne motore i livenu šasiju su metode punjenja kalupa niske turbulencije koje ne uvlače filmove aluminijevog oksida koji se trenutno formiraju na rastopljenom aluminiju. Takvi filmovi formiraju zone slabosti u metalu koje su u prošlosti zahtijevale da odljevci budu mnogo deblji da bi se postigla odgovarajuća čvrstoća. Izliveni dijelovi iz ovih novih procesa mogu biti prilično složeni, ali današnja aluminijska šasija može se sastaviti sa zavarenim šavovima koji se mogu prebrojati s jedne strane. Procjenjuje se da nove metode livenja štede 30 ili više kilograma težine u proizvodnji motocikala.

Zajedno sa širokim izborom čelika, aluminijum je osnovni radni konj ljudske civilizacije, ali je više od toga za moderne motocikle. To je meso bicikla, toliko je sveprisutno da ga jedva vidimo ili priznajemo koliki dio performansi mašine dugujemo.


Vrijeme objave: Jun-20-2019