כל מה שאי פעם רצית לדעת על אלומיניום (צינור מרובע פלדה קלה)

אלומיניום נמצא בכל מקום בו נדרשים מבנה קל משקל או מוליכות תרמית וחשמלית גבוהה. לאופנוע הספורט הטיפוסי יש בלוק צילינדר מאלומיניום, ראש ותאי ארכובה, בתוספת שלדת אלומיניום מרותכת וזרוע נדנדה. בתוך המנוע, יישום האלומיניום המכריע הוא הבוכנות שלו, שעל ידי הולכת חום כל כך טוב מסוגלות לשרוד חשיפה לטמפרטורות בעירה הרבה מעל נקודת ההיתוך שלהן. הגלגלים, רדיאטורי נוזל הקירור והשמן, ידיות הידיים והסוגרים שלהם, כתרי המזלג העליונים ו(לעיתים קרובות) התחתונים, צינורות המזלג העליונים (במזלגות דולרים), קליפרים בלמים וצילינדרים ראשיים הם גם אלומיניום.

כולנו בהינו בהתפעלות בשלדת אלומיניום שהריתוכים שלה דומים לערימה האגדית שנפלה של שבבי פוקר. חלק מהשלדות וזרועות התנופה הללו, כמו אלו של רוכבי הדו פעימות 250 של אפריליה, הם יצירות אמנות חינניות.

אלומיניום ניתן לסגסוגת ולטפל בחום בחוזקות גבוהות מזה של פלדה עדינה (60,000 psi מתיחה), אך רוב הסגסוגות מכונות במהירות ובקלות. אלומיניום יכול להיות גם יצוק, מזויף או שחול (ככה עשויות חלק מהקורות הצדדיות של השלדה). מוליכות החום הגבוהה של האלומיניום גורמת לריתוך שלו לדרוש זרם רב, והמתכת החמה חייבת להיות מוגנת מפני חמצן אטמוספרי על ידי מיגון גז אינרטי (TIG או heli-arc).

למרות שאלומיניום דורש כמויות גדולות של חשמל כדי לזכות מעפרת הבוקסיט שלו, ברגע שהוא קיים בצורה מתכתית, הוא עולה מעט למיחזור ואינו הולך לאיבוד מחלודה, כפי שיכולה להיות פלדה.

יצרנים מוקדמים של מנועי אופנועים אימצו במהירות את המתכת החדשה אז עבור ארכובה, שאם לא כן היו צריכים להיות מברזל יצוק במשקל של כמעט פי שלושה יותר. אלומיניום טהור הוא רך מאוד - אני זוכר את הכעס של אמי על השימוש של אבא שלי בדוד הכפול של 1,100 סגסוגת שלה כמלכודת BB מאולתרת: התחתית שלו הפכה לגוש של גומות.

החוזק המוגבר של סגסוגת פשוטה עם נחושת התגלה עד מהרה, וזו הייתה סגסוגת כזו שבה השתמש חלוץ הרכב WO בנטלי בבוכנות האלומיניום הניסוי שלו לפני מלחמת העולם הראשונה. בבדיקות גב אל גב מול בוכנות הברזל היצוק שדומיננטיות אז, בוכנות האלומיניום של בנטלי הגדילו מיד את הכוח. הם עבדו קריר יותר, חיממו פחות את תערובת הדלק-אוויר הנכנסת ושמרו על צפיפותה רבה יותר. כיום, בוכנות אלומיניום משמשות באופן אוניברסלי במנועי רכב ואופנועים.

עד לבואו של מטוס הנוסעים 787 מחוזק סיבי פחמן של בואינג, זו הייתה עובדה בסיסית בתעופה שכמעט כל משקלו הריק של מטוס היה 60 אחוז אלומיניום. כשמסתכלים על המשקלים והחוזק היחסיים של אלומיניום ופלדה, זה נראה תחילה מוזר. כן, אלומיניום שוקל רק 35 אחוז כמו פלדה, נפח עבור נפח, אבל פלדות חוזק גבוה חזקות לפחות פי שלושה מאלומיניום בעל חוזק גבוה. למה לא לבנות מטוסים מפלדה דקה?

זה הסתכם בהתנגדות לחיקום של מבנים מקבילים של אלומיניום ופלדה. אם נתחיל עם צינורות אלומיניום ופלדה במשקל זהה לכל רגל, ונפחית את עובי הדופן, צינור הפלדה נצמד קודם כל מכיוון שלחומר שלו, בהיותו עובי שליש בלבד מהאלומיניום, יש הרבה פחות יכולת חיזוק עצמי.

במהלך שנות ה-70 עבדתי עם בונה המסגרות פרנק קמיליירי. כששאלתי אותו מדוע לא השתמשנו בצינורות פלדה בעלי קוטר גדול יותר של קיר דק יותר כדי ליצור מסגרות קלות וקשיחות יותר, הוא אמר, "כשאתה עושה את זה, אתה מגלה שאתה צריך להוסיף חבורה של חומר לדברים כמו תושבות מנוע. למנוע מהם להיסדק, כך שהחיסכון במשקל ייעלם".

קוואסאקי אימצה לראשונה זרועות אלומיניום באופני ה-MX המפעל שלה בתחילת שנות ה-70; האחרים הלכו בעקבותיו. ואז בשנת 1980, ימאהה הניחה את קני רוברטס על אופני GP 500 שתי פעימות שהמסגרת שלהם יוצרה מצינור אלומיניום שחול בחתך מרובע. הרבה ניסויים בעיצוב היו הכרחיים, אבל בסופו של דבר, תוך שימוש ברעיונותיו של המהנדס הספרדי אנטוניו קובס, התפתחו מסגרות מירוץ הכביש של ימאהה GP לקורות האלומיניום הגדולות והמוכרות של ימינו.

אין ספק שיש שלדות מוצלחות מסוגים אחרים - "טרליס" של צינור הפלדה של דוקאטי למשל, ושלדת סיבי הפחמן "העור והעצמות" של ג'ון בריטן מתחילת שנות ה-90. אבל שלדות אלומיניום כפולות הפכו לדומיננטיות היום. אני בטוח ששלדה ניתנת לעבודה יכולה להיות עשויה מדיקט יצוק, בתנאי שיש לה נקודות הברגה עמידות והגיאומטריה המוכחת הרגילה.

הבדל משמעותי נוסף בין פלדה לאלומיניום הוא שלפלדה יש ​​מה שנקרא גבול עייפות: רמת מתח עבודה שמתחתיה משך החיים של החלק הוא למעשה אינסופי. רוב סגסוגות האלומיניום חסרות מגבלת עייפות, וזו הסיבה שמסגרות אלומיניום "מתקיימות" למשך מספר שעות שימוש מתוכנן. מתחת לגבול זה, הפלדה סולחת לנו על הסגותינו, אבל האלומיניום זוכר את כל העלבונות בצורה של נזקי עייפות פנימיים בלתי נראים.

שלדת ה-GP היפה של שנות ה-90 לעולם לא הייתה יכולה להיות בסיס לייצור המוני. השלדה הזו הייתה מורכבת מחתיכות מרותכות יחד מאלמנטים מעובדים, לחוץ ויציקת אלומיניום. לא רק שזה מורכב, אלא שזה דורש שכל שלושת הסגסוגות יהיו ניתנות לריתוך הדדי. ריתוך עולה כסף וזמן, גם אם מבוצע על ידי רובוטי ייצור.

הטכנולוגיה שאיפשרה את מנועי הארבע פעימות הקלים והשלדות היצוקות של ימינו היא שיטות מילוי עובש בטורבולנטיות נמוכה שאינן גוררות את סרטי תחמוצת האלומיניום שנוצרים מיידית על אלומיניום מותך. סרטים כאלה יוצרים אזורי חולשה במתכת שבעבר נדרשו ליציקות להיות הרבה יותר עבות כדי להשיג חוזק נאות. חלקים יצוקים מהתהליכים החדשים הללו יכולים להיות מורכבים למדי, ובכל זאת ניתן להרכיב את שלדת האלומיניום של היום עם ריתוכים שניתנים לספירה על יד אחת. ההערכה היא ששיטות הליהוק החדשות חוסכות 30 קילו או יותר ממשקל באופנועי ייצור.

יחד עם המגוון הרחב של הפלדות, האלומיניום הוא סוס עבודה בסיסי של הציוויליזציה האנושית, אבל זה יותר מזה עבור אופנועים מודרניים. זה בשר של אופניים, כל כך נמצא בכל מקום שאנחנו בקושי רואים אותו או מכירים כמה מהביצועים של המכונה אנחנו חייבים לו.


זמן פרסום: 20 ביוני 2019