Allt sem þú hefur alltaf langað til að vita um ál (Milst Steel Square Tube)

Ál er alls staðar þar sem annaðhvort er þörf á léttri uppbyggingu eða mikilli hita- og rafleiðni. Dæmigert sporthjól er með álstrokkablokk, höfuð og sveifarhús, auk soðnu undirvagns úr áli og sveifla. Innan vélarinnar er mikilvæg álnotkun stimplar hennar, sem með því að leiða hita svo vel geta lifað af útsetningu fyrir brunahitastigi langt yfir bræðslumarki þeirra. Hjólin, kælivökva- og olíuofnar, handfangar og festingar þeirra, efstu og (oft) neðstu gaffalkrónurnar, efri gaffalrör (í USD gafflum), bremsuklossar og aðalhólkar eru sömuleiðis ál.

Við höfum öll horft með aðdáun á álgrind sem suðu líkjast hinum sögufræga fallna stafla af pókerspilum. Sumir af þessum undirvagnum og sveiflum, eins og hjá Aprilia tveggja gengis 250 kappakstrinum, eru þokkafull listaverk.

Hægt er að blanda ál og hitameðhöndla þannig að styrkleiki er meiri en mildur stál (60.000 psi togstyrkur), en samt sem áður vélar flestar málmblöndur hratt og auðveldlega. Ál er einnig hægt að steypa, smíða eða pressa út (þannig eru sumir hliðarbitar undirvagnsins gerðir). Mikil hitaleiðni áls gerir það að verkum að suðu þess krefst mikils straumstyrks og heita málminn verður að verja gegn súrefni andrúmsloftsins með hlífðargasi (TIG eða heli-arc).

Þó ál þurfi mikið magn af rafmagni til að vinna úr báxítgrýti sínu, kostar það lítið að endurvinna það þegar það er til í málmformi og glatast ekki við ryð eins og stál getur verið.

Fyrstu framleiðendur mótorhjólahreyfla tóku fljótt upp hinn þá nýja málm fyrir sveifarhús, sem annars hefði þurft að vera úr steypujárni sem vega næstum þrisvar sinnum meira. Hreint ál er mjög mjúkt — ég man eftir reiði móður minnar yfir því að pabbi minn notaði 1.100 álfelgur tvíketilinn hennar sem spuna BB-gildru: Botninn á honum varð að massa dýpna.

Fljótlega uppgötvaðist aukinn styrkur einfaldrar álfelgurs með kopar og það var slíkt ál sem WO Bentley, frumkvöðull, notaði í tilraunaálstimplum sínum fyrir fyrri heimsstyrjöldina. Í bak-til-baki prófunum á móti steypujárnsstimplunum sem þá voru ráðandi, jók fyrstu tilraun Bentley álstimplanna strax kraftinn. Þeir voru kaldari, hituðu minna eldsneytis-loftblönduna sem kom inn og varðveitt meira af þéttleika hennar. Í dag eru ál stimplar almennt notaðir í bíla- og mótorhjólavélar.

Fram að komu Boeing 787 farþegaþotu úr koltrefjastyrktu plasti var það grundvallarstaðreynd í flugi að tóm þyngd næstum hverrar flugvélar var 60 prósent ál. Þegar litið er á hlutfallslega þyngd og styrkleika áls og stáls virðist þetta í fyrstu undarlegt. Já, ál vegur aðeins 35 prósent eins mikið og stál, rúmmál miðað við rúmmál, en hástyrkt stál er að minnsta kosti þrisvar sinnum sterkara en hástyrkt ál. Af hverju ekki að smíða flugvélar úr þunnu stáli?

Það kom niður á viðnám gegn buckling jafngildra mannvirkja úr áli og stáli. Ef við byrjum á ál- og stálrörum með sömu þyngd á hvern fót, og við lækkum veggþykktina, þá spennist stálrörið fyrst vegna þess að efni þess, sem er aðeins þriðjungi þykkara en álið, hefur mun minni sjálf-spelkugetu.

Á áttunda áratugnum vann ég með grindsmiðnum Frank Camillieri. Þegar ég spurði hann hvers vegna við notuðum ekki stærra þvermál stálrör úr þynnri vegg til að búa til léttari, stífari ramma, sagði hann: „Þegar þú gerir það, finnurðu að þú verður að bæta við fullt af efni í dót eins og vélarfestingar. koma í veg fyrir að þau sprungi, svo að þyngdarsparnaður hverfur.“

Kawasaki tók fyrst upp álsveifla á MX hjólum sínum í verksmiðjunni snemma á áttunda áratugnum; hinir fylgdu í kjölfarið. Árið 1980 setti Yamaha Kenny Roberts á 500 tvígengis GP hjól þar sem grindin var framleidd úr útpressuðu álröri í ferningasniði. Margar hönnunartilraunir voru nauðsynlegar, en að lokum, með því að nota hugmyndir spænska verkfræðingsins Antonio Cobas, þróast Yamaha GP vegakeppnisgrindirnar í hina kunnuglegu stóru tvöfalda álbita nútímans.

Vissulega eru til farsælar undirvagnar af öðrum gerðum — Ducati stálrör „trellis“ fyrir einn og John Britten „húð og bein“ koltrefja undirvagn snemma á tíunda áratugnum. En undirvagnar með tveggja geisla úr áli eru orðnir ríkjandi í dag. Ég er þess fullviss að vinnanlegur undirvagn gæti verið gerður úr mótuðu krossviði, að því tilskildu að hann hafi endingargóða boltapunkta og venjulega sannaða rúmfræði.

Annar marktækur munur á stáli og áli er að stál hefur það sem kallast þreytumörk: vinnuálagsstig undir því sem endingartími hlutarins er í raun óendanlegur. Flestar álblöndur skortir þreytumörk, sem er ástæðan fyrir því að álflugvélar eru „lífgaðar“ fyrir áætlaðan fjölda klukkustunda notkun. Undir þessum mörkum fyrirgefur stál okkur misgjörðir okkar, en ál man allar móðganir í formi ósýnilegra innri þreytuskemmda.

Fallegur GP undirvagn tíunda áratugarins hefði aldrei getað verið grunnur fyrir fjöldaframleiðslu. Þessir undirvagn samanstóð af hlutum sem voru soðnir saman úr véluðum, pressuðum og steyptum álþáttum. Það er ekki aðeins flókið, heldur krefst það að allar þrjár málmblöndur séu innbyrðis soðanlegar. Suða kostar peninga og tíma, jafnvel þótt framleiðsla vélmenni sé framkvæmd.

Tæknin sem hefur gert léttar fjórgengisvélar og steyptar undirvagnar nútímans mögulegar eru aðferðir til að fylla í mót með litlum ókyrrð sem hrífa ekki með sér filmurnar af áloxíði sem myndast samstundis á bráðnu áli. Slíkar filmur mynda veikleikasvæði í málminum sem áður fyrr kröfðust þess að steypur yrðu mun þykkari til að ná fullnægjandi styrk. Steyptir hlutar úr þessum nýju ferlum geta verið nokkuð flóknir en samt er hægt að setja saman álgrind í dag með suðu sem hægt er að telja á annarri hendi. Áætlað er að nýju steypuaðferðirnar spara 30 eða meira kíló af þyngd í framleiðslu mótorhjóla.

Ásamt fjölbreyttu stáli er ál grunnvinnuhestur mannlegrar siðmenningar, en það er meira en það fyrir nútíma mótorhjól. Það er kjöt af hjóli, svo alls staðar nálægur að við sjáum það varla eða viðurkennum hversu mikið af afköstum vélarinnar við eigum henni að þakka.


Birtingartími: 20-jún-2019