Vše, co jste kdy chtěli vědět o hliníku (Mild Steel Square Tube)

Hliník je všude tam, kde je vyžadována lehká konstrukce nebo vysoká tepelná a elektrická vodivost. Typický sportovní motocykl má hliníkový blok válců, hlavu a klikové skříně, plus svařovaný hliníkový podvozek a kyvné rameno. V motoru jsou klíčovou aplikací hliníku jeho písty, které tím, že dobře vedou teplo, jsou schopny přežít vystavení teplotám spalování vysoko nad jejich bodem tání. Hliníkové jsou rovněž kola, chladiče chladicí kapaliny a oleje, ruční páky a jejich držáky, horní a (často) spodní korunky vidlic, horní trubky vidlice (v USD vidlice), brzdové třmeny a hlavní válce.

Všichni jsme s obdivem zírali na hliníkové šasi, jehož svary připomínají bájnou spadlou hromadu pokerových žetonů. Některé z těchto podvozků a kyvných ramen, jako například u dvoudobých 250 závoďáků Aprilie, jsou elegantními uměleckými díly.

Hliník lze legovat a tepelně zpracovávat na pevnost vyšší než u měkké oceli (60 000 psi v tahu), přesto se většina slitin obrábí rychle a snadno. Hliník lze také odlévat, kovat nebo vytlačovat (tak se vyrábějí některé boční nosníky podvozku). Vysoká tepelná vodivost hliníku způsobuje, že jeho svařování vyžaduje velkou intenzitu proudu a horký kov musí být chráněn před atmosférickým kyslíkem stíněním inertním plynem (TIG nebo heli-arc).

Ačkoli hliník vyžaduje velké množství elektřiny, aby získal ze své bauxitové rudy, jakmile existuje v kovové formě, jeho recyklace stojí málo a neztrácí se kvůli rezivění, jako může být ocel.

První výrobci motocyklových motorů rychle přijali tehdy nový kov pro klikové skříně, které by jinak musely být z litiny o hmotnosti téměř třikrát více. Čistý hliník je velmi měkký – vzpomínám si na matčin vztek nad tím, že můj táta použil její 1100 slitinový dvojitý kotel jako improvizovanou past na BB: Jeho dno se stalo hromadou důlků.

Brzy byla objevena zvýšená pevnost jednoduché slitiny s mědí a byla to taková slitina, kterou automobilový průkopník WO Bentley používal ve svých experimentálních hliníkových pístech před první světovou válkou. Při testech zády k sobě proti tehdy dominantním litinovým pístům, hliníkové písty Bentley, které byly poprvé vyzkoušeny, okamžitě zvýšily výkon. Běžely chladněji, méně zahřívaly přiváděnou směs paliva a vzduchu a zachovávaly více její hustoty. Dnes jsou hliníkové písty univerzálně používány v motorech automobilů a motocyklů.

Až do příchodu letadla Boeing 787 z plastu vyztuženého uhlíkovými vlákny bylo základním faktem letectví, že téměř každé letadlo mělo prázdnou hmotnost 60 procent hliníku. Při pohledu na relativní hmotnosti a pevnosti hliníku a oceli se to zpočátku zdá zvláštní. Ano, hliník váží pouze 35 procent tolik co ocel, objem na objem, ale vysokopevnostní oceli jsou nejméně třikrát pevnější než vysokopevnostní hliníky. Proč nepostavit letadla z tenké oceli?

Šlo o odolnost proti vybočení ekvivalentních konstrukcí z hliníku a oceli. Pokud začneme s hliníkovými a ocelovými trubkami o stejné hmotnosti na stopu a snížíme tloušťku stěny, ocelová trubka se vyboulí jako první, protože její materiál, který je pouze třetinová tloušťka než hliník, má mnohem menší samovzpěrnou schopnost.

Během 70. let jsem spolupracoval se stavitelem rámů Frankem Camillierim. Když jsem se ho zeptal, proč jsme k výrobě lehčích a tužších rámů nepoužili ocelové trubky o větším průměru s tenčí stěnou, řekl: „Když to uděláte, zjistíte, že musíte přidat spoustu materiálu, aby se věci, jako jsou držáky motoru, chraňte je před prasknutím, takže úspora hmotnosti zmizí.“

Kawasaki poprvé použila hliníkové kyvné ramena na svých továrních MX kolech na počátku 70. let; ostatní ho následovali. Pak v roce 1980 Yamaha nasadila Kennyho Robertse na 500 dvoutaktní kolo GP, jehož rám byl vyroben z extrudované hliníkové trubky čtvercového průřezu. Bylo nutné mnoho designových experimentů, ale nakonec se s využitím myšlenek španělského inženýra Antonia Cobase vyvinuly silniční rámy Yamaha GP pro silniční závody v dnes známé velké dvojité hliníkové nosníky.

Určitě existují úspěšné podvozky jiných typů – například „mřížovina“ Ducati z ocelových trubek a karbonové podvozky Johna Brittena „kůže a kosti“ z počátku 90. let. Ale šasi s dvojitým hliníkovým nosníkem se dnes stalo dominantním. Jsem si jistý, že funkční podvozek by mohl být vyroben z lisované překližky za předpokladu, že bude mít odolné šroubovací body a obvyklou osvědčenou geometrii.

Dalším významným rozdílem mezi ocelí a hliníkem je to, že ocel má to, co se nazývá mez únavy: úroveň pracovního napětí, pod kterou je životnost součásti v podstatě nekonečná. Většina hliníkových slitin postrádá mez únavy, a proto jsou hliníkové draky „životnosti“ po plánovaný počet hodin používání. Pod touto hranicí nám ocel naše prohřešky odpouští, ale hliník si všechny urážky pamatuje v podobě neviditelného vnitřního únavového poškození.

Krásný podvozek GP z 90. let nemohl být nikdy základem pro sériovou výrobu. Tyto podvozky se skládaly z dílů svařených dohromady z opracovaných, lisovaných a litých hliníkových prvků. Nejen, že je to složité, ale vyžaduje to, aby všechny tři slitiny byly vzájemně svařitelné. Svařování stojí peníze a čas, i když je prováděno výrobními roboty.

Technologie, která umožnila dnešní lehké čtyřdobé motory a lité podvozky, je metoda plnění forem s nízkou turbulencí, která nestrhává filmy oxidu hlinitého, které se okamžitě tvoří na roztaveném hliníku. Takové filmy tvoří v kovu zóny zeslabení, které v minulosti vyžadovaly, aby odlitky byly mnohem tlustší, aby se dosáhlo odpovídající pevnosti. Odlévané díly z těchto nových procesů mohou být poměrně složité, přesto lze dnešní hliníkové šasi sestavit se svary, které lze spočítat na jedné ruce. Odhaduje se, že nové metody odlévání ušetří 30 nebo více liber hmotnosti u sériových motocyklů.

Společně s širokou škálou ocelí je hliník základním tahounem lidské civilizace, ale pro moderní motocykly je to víc. Je to maso motocyklu, tak všudypřítomné, že ho sotva vidíme nebo uznáváme, za kolik z výkonu stroje mu vděčíme.


Čas odeslání: 20. června 2019