Alt du noen gang har ønsket å vite om aluminium (kvadratrør av mildt stål)

Aluminium er overalt hvor det kreves enten lettvektsstruktur eller høy termisk og elektrisk ledningsevne. Den typiske sportssykkelen har en sylinderblokk, -hode og veivhus av aluminium, pluss et sveiset aluminiumchassis og svingarm. Innenfor motoren er den avgjørende aluminiumsapplikasjonen stemplene, som ved å lede varme så godt er i stand til å overleve eksponering for forbrenningstemperaturer langt over smeltepunktet. Hjulene, kjølevæske- og oljeradiatorene, håndspakene og deres braketter, topp- og (ofte) bunngaffelkroner, øvre gaffelrør (i USD-gafler), bremsekalipere og hovedsylindre er likeledes av aluminium.

Vi har alle stirret i beundring på et aluminiumchassis hvis sveiser ligner den sagnomsuste falne stabelen med pokersjetonger. Noen av disse chassisene og svingarmene, som de til Aprilias totakts 250-racere, er grasiøse kunstverk.

Aluminium kan legeres og varmebehandles til styrker som er større enn for bløtt stål (60 000 psi strekk), men de fleste legeringer bearbeides raskt og enkelt. Aluminium kan også støpes, smides eller ekstruderes (som er hvordan noen sidebjelker på chassiset er laget). Aluminiums høye varmeledningsevne gjør at sveisingen krever mye strømstyrke, og det varme metallet må beskyttes mot atmosfærisk oksygen med inertgassskjerming (TIG eller heli-arc).

Selv om aluminium krever store mengder elektrisitet for å vinne fra sin bauxittmalm, koster det lite å resirkulere når det først finnes i metallisk form og går ikke tapt for rust, slik stål kan være.

Tidlige produsenter av motorsykkelmotorer tok raskt i bruk det da nye metallet for veivhus, som ellers måtte ha vært av støpejern som veide nesten tre ganger mer. Rent aluminium er veldig mykt – jeg husker min mors sinne over farens bruk av hennes 1100-legerte dobbeltkjele som en improvisert BB-felle: Bunnen ble en masse groper.

Den økte styrken til en enkel legering med kobber ble snart oppdaget, og det var en slik legering som bilpioneren WO Bentley brukte i sine eksperimentelle aluminiumsstempler før første verdenskrig. I rygg-mot-rygg-testing mot støpejernsstemplene som da var dominerende, økte Bentleys førsteforsøkte aluminiumsstempler umiddelbart kraften. De kjørte kjøligere, varmet den innkommende drivstoff-luftblandingen mindre og bevarte mer av dens tetthet. I dag er aluminiumsstempler universelt brukt i bil- og motorsykkelmotorer.

Inntil Boeings karbonfiberforsterkede-plast 787-fly kom, var det et grunnleggende faktum i luftfarten at nesten alle flys tomvekt var 60 prosent aluminium. Ser vi på de relative vektene og styrkene til aluminium og stål, virker dette først rart. Ja, aluminium veier bare 35 prosent så mye som stål, volum for volum, men høyfast stål er minst tre ganger sterkere enn høyfast aluminium. Hvorfor ikke bygge fly av tynt stål?

Det kom ned til motstanden mot knekking av tilsvarende strukturer av aluminium og stål. Hvis vi starter med aluminium- og stålrør med samme vekt per fot, og vi reduserer veggtykkelsen, spenner stålrøret seg først fordi materialet, som bare er en tredjedel så tykt som aluminiumet, har mye mindre selvavstivningsevne.

I løpet av 1970-årene jobbet jeg med rammebygger Frank Camillieri. Da jeg spurte ham hvorfor vi ikke brukte stålrør med større diameter av tynnere vegger for å lage lettere, stivere rammer, sa han: "Når du gjør det, finner du ut at du må legge til en haug med materiale til ting som motorfester til hold dem fra å sprekke, slik at vektbesparelsen forsvinner.»

Kawasaki tok først i bruk svingarmer av aluminium på sine fabrikk-MX-sykler på begynnelsen av 1970-tallet; de andre fulgte etter. Så i 1980 satte Yamaha Kenny Roberts på en 500 totakts GP-sykkel hvis ramme var laget av et kvadratisk ekstrudert aluminiumsrør. Mye designeksperimentering var nødvendig, men til slutt, ved å bruke ideene til den spanske ingeniøren Antonio Cobas, utviklet Yamahas GP road-race-rammer seg til dagens velkjente store doble aluminiumsbjelker.

Det finnes absolutt vellykkede chassis av andre typer – Ducatis stålrørs "trellis" for én, og John Brittens "skin and bones" karbonfiberchassis fra begynnelsen av 1990-tallet. Men chassis av doble aluminiumsbjelker har blitt dominerende i dag. Jeg er sikker på at et brukbart chassis kan være laget av støpt kryssfiner, forutsatt at det har holdbare boltepunkter og den vanlige utprøvde geometrien.

En annen betydelig forskjell mellom stål og aluminium er at stål har det som kalles en utmattelsesgrense: et arbeidsspenningsnivå under hvilket delens levetid i hovedsak er uendelig. De fleste aluminiumslegeringer mangler en utmattelsesgrense, som er grunnen til at aluminiumsflykropper "lives" for et planlagt antall timers bruk. Under denne grensen tilgir stål oss våre overtredelser, men aluminium husker alle fornærmelser i form av usynlige indre tretthetsskader.

Det vakre GP-chassiset fra 1990-tallet kunne aldri vært grunnlag for masseproduksjon. Disse chassisene besto av deler sveiset sammen fra maskinerte, pressede og støpte aluminiumselementer. Ikke bare er det komplisert, men det krever at alle tre legeringene er gjensidig sveisbare. Sveising koster penger og tid, selv om det utføres av produksjonsroboter.

Teknologien som har gjort dagens lette firetaktsmotorer og støpte chassis mulig, er metoder for fylling av form med lav turbulens som ikke fører med seg filmene av aluminiumoksid som umiddelbart dannes på smeltet aluminium. Slike filmer danner svakhetssoner i metallet som tidligere krevde at støpegods var mye tykkere for å oppnå tilstrekkelig styrke. Støpte deler fra disse nye prosessene kan være ganske komplekse, men dagens aluminiumchassis kan settes sammen med sveiser som kan telles på én hånd. Det er anslått at de nye støpemetodene sparer 30 eller mer vekt i produksjonsmotorsykler.

Sammen med det store utvalget av stål er aluminium en grunnleggende arbeidshest for menneskelig sivilisasjon, men det er mer enn det for moderne motorsykler. Det er kjøttet av en sykkel, så allestedsnærværende at vi knapt ser det eller erkjenner hvor mye av maskinens ytelse vi skylder den.


Innleggstid: 20. juni 2019