Sve što ste ikada željeli znati o aluminiju (kvadratnoj cijevi od mekog čelika)

Aluminij je posvuda gdje je potrebna ili lagana struktura ili visoka toplinska i električna vodljivost. Tipični sportski motocikl ima aluminijski blok cilindra, glavu i kućište radilice, plus zavarenu aluminijsku šasiju i zakretnu ruku. Unutar motora, ključna primjena aluminija su njegovi klipovi, koji tako dobro provode toplinu mogu preživjeti izloženost temperaturama izgaranja daleko iznad njihove točke taljenja. Kotači, radijatori rashladne tekućine i ulja, ručne poluge i njihovi nosači, gornja i (često) donja kruna vilice, gornje cijevi vilice (u USD vilicama), kočione čeljusti i glavni cilindri također su od aluminija.

Svi smo s divljenjem gledali u aluminijsko kućište čiji zavari podsjećaju na legendarnu palu hrpu žetona za poker. Neke od ovih šasija i njihajućih ruka, poput onih Aprilijinih dvotaktnih 250 trkaćih vozila, graciozna su umjetnička djela.

Aluminij se može legirati i toplinski obraditi do čvrstoće veće od čvrstoće mekog čelika (60,000 psi vlačna čvrstoća), ali većina legura se strojno obrađuje brzo i jednostavno. Aluminij se također može lijevati, kovati ili ekstrudirati (tako se izrađuju neke bočne grede šasije). Zbog visoke toplinske vodljivosti aluminija njegovo zavarivanje zahtijeva veliku struju, a vrući metal mora biti zaštićen od atmosferskog kisika zaštitom od inertnog plina (TIG ili heli-luk).

Iako aluminij zahtijeva velike količine električne energije da dobije iz svoje boksitne rude, jednom kad postoji u metalnom obliku, njegovo recikliranje košta malo i ne gubi se zbog hrđanja, kao što može biti čelik.

Rani proizvođači motora za motocikle brzo su usvojili tada novi metal za kućišta radilice, koja bi inače morala biti od lijevanog željeza s gotovo tri puta većom težinom. Čisti aluminij je vrlo mekan - sjećam se ljutnje moje majke zbog toga što je moj tata koristio svoj dvostruki kotao od legure 1100 kao improviziranu BB zamku: dno mu se pretvorilo u gomilu udubina.

Uskoro je otkrivena povećana čvrstoća jednostavne legure s bakrom, a upravo je takvu leguru automobilski pionir WO Bentley koristio u svojim eksperimentalnim aluminijskim klipovima prije Prvog svjetskog rata. U uzastopnom testiranju s klipovima od lijevanog željeza koji su tada bili dominantni, Bentleyjevi aluminijski klipovi iz prvog pokušaja odmah su povećali snagu. Radili su hladnije, manje su zagrijavali ulaznu smjesu goriva i zraka i sačuvali više njezine gustoće. Danas se aluminijski klipovi univerzalno koriste u motorima automobila i motocikala.

Sve do dolaska Boeingovog putničkog zrakoplova 787 od plastike ojačane ugljičnim vlaknima, osnovna je činjenica u zrakoplovstvu bila da je gotovo svaki prazan zrakoplov imao 60 posto aluminija. Gledajući relativne težine i čvrstoću aluminija i čelika, ovo se na prvi pogled čini čudnim. Da, aluminij teži samo 35 posto od čelika, volumen za volumen, ali čelici visoke čvrstoće najmanje su tri puta jači od aluminija visoke čvrstoće. Zašto ne izgraditi avione od tankog čelika?

Svelo se na otpornost na izvijanje ekvivalentnih konstrukcija od aluminija i čelika. Ako započnemo s aluminijskim i čeličnim cijevima iste težine po stopalu i smanjimo debljinu stjenke, čelična cijev se prva savija jer njezin materijal, budući da je debljine samo jedne trećine od aluminija, ima mnogo manju sposobnost samoučvršćivanja.

Tijekom 1970-ih radio sam s graditeljem okvira Frankom Camillierijem. Kad sam ga pitao zašto nismo upotrijebili čelične cijevi većeg promjera s tanjim stijenkama za izradu lakših, čvršćih okvira, rekao je: "Kada to učinite, otkrijete da morate dodati hrpu materijala za stvari poput nosača motora čuvajte ih od pucanja, tako da ušteda težine nestane.”

Kawasaki je prvi usvojio aluminijske njihajuće ručice na svojim tvorničkim MX motociklima ranih 1970-ih; ostali su slijedili primjer. Zatim je 1980. Yamaha postavila Kennyja Robertsa na 500 dvotaktni GP motocikl čiji je okvir bio izrađen od ekstrudirane aluminijske cijevi kvadratnog presjeka. Bilo je potrebno mnogo eksperimentiranja s dizajnom, ali na kraju, korištenjem ideja španjolskog inženjera Antonija Cobasa, Yamahini GP okviri za cestovne utrke razvili su se u poznate velike dvostruke aluminijske grede današnjice.

Svakako postoje uspješne šasije drugih tipova - Ducatijeva "rešetka" od čeličnih cijevi na primjer, i John Brittenova šasija od karbonskih vlakana "koža i kosti" iz ranih 1990-ih. Ali šasije s dvostrukom aluminijskom gredom danas su postale dominantne. Uvjeren sam da bi se obradiva šasija mogla izraditi od lijevane šperploče, pod uvjetom da ima izdržljive vijčane točke i uobičajenu provjerenu geometriju.

Još jedna značajna razlika između čelika i aluminija je ta što čelik ima ono što se zove granica zamora: razina radnog naprezanja ispod koje je životni vijek dijela u biti beskonačan. Većina aluminijskih legura nema granicu zamora, što je razlog zašto aluminijski okviri zrakoplova "dožive" planirani broj sati uporabe. Ispod te granice čelik nam oprašta naše prijestupe, ali aluminij pamti sve uvrede u obliku nevidljivog oštećenja unutarnjeg zamora.

Prekrasna GP šasija iz 1990-ih nikada nije mogla biti osnova za masovnu proizvodnju. Te su se šasije sastojale od dijelova zavarenih od strojno obrađenih, prešanih i elemenata od lijevanog aluminija. Ne samo da je to složeno, već zahtijeva da sve tri legure budu međusobno zavarljive. Zavarivanje košta novaca i vremena, čak i ako ga izvode proizvodni roboti.

Tehnologija koja je omogućila današnje lagane četverotaktne motore i lijevane šasije su metode punjenja kalupa niske turbulencije koje ne povlače filmove aluminijevog oksida koji se trenutno stvaraju na rastaljenom aluminiju. Takvi filmovi stvaraju zone slabosti u metalu koje su u prošlosti zahtijevale da odljevci budu mnogo deblji da bi se postigla odgovarajuća čvrstoća. Lijevani dijelovi iz ovih novih procesa mogu biti prilično složeni, no današnja aluminijska šasija može se sastaviti sa zavarenim spojevima koji se mogu izbrojiti na jednoj ruci. Procjenjuje se da nove metode lijevanja štede 30 ili više funti težine u proizvodnim motociklima.

Zajedno sa širokim izborom čelika, aluminij je osnovni radni konj ljudske civilizacije, ali je više od toga za moderne motocikle. To je meso motocikla, toliko sveprisutno da ga jedva vidimo ili priznajemo koliko performansi stroja dugujemo njemu.


Vrijeme objave: 20. lipnja 2019