Aluminiumlegeringen domineren motorsporttechniek voor lichte prestaties

In de autosport telt elke fractie van een seconde. De selectie van materialen voor raceonderdelen hangt af van vier belangrijke factoren: lichtgewicht eigenschappen, hoge sterkte, gemakkelijke bewerking en corrosiebestendigheid. Aluminiumlegeringen, met hun uitzonderlijke prestatie-eigenschappen, spelen een cruciale rol in verschillende race-toepassingen - van radiatoren en zuigers tot inlaatspruitstukken. Het moet echter benadrukt worden dat aluminium absoluut ongeschikt is voor uitlaatsystemen vanwege veiligheidsoverwegingen.

Een van de meest overtuigende eigenschappen van aluminium voor race-ingenieurs is de lichtgewicht aard ervan. Met een dichtheid van ongeveer een derde van die van staal, bieden aluminium componenten aanzienlijke gewichtsbesparingen bij equivalente volumes - een cruciaal voordeel bij het streven naar extreme gewichtsvermindering. Opmerkelijk genoeg vertonen bepaalde aluminiumlegeringen treksterktes die die van sommige koolstofarme staalsoorten overtreffen, waardoor aanzienlijke gewichtsverminderingen mogelijk zijn zonder de structurele integriteit in gevaar te brengen. Verdere verbeteringen in sterkte kunnen worden bereikt door middel van warmtebehandelingsprocessen.

Aluminiumlegeringen worden ingedeeld in twee hoofdgroepen: kneedlegeringen en gietlegeringen. Kneedlegeringen ondergaan processen zoals walsen, extrusie of trekken om structurele vormen te creëren (buizen, profielen, platen of staven), terwijl gietlegeringen worden gevormd via gieten voor complexe geometrieën. Smeden is een andere veelgebruikte fabricagemethode. Assemblagetechnieken omvatten klinken, bouten of lassen, met warmtebehandeling na het lassen beschikbaar om de sterkte te verbeteren.

Om te voldoen aan de specifieke eisen van de autosport, passen ingenieurs de aluminiumeigenschappen aan door middel van legeringselementen. Kneedlegeringen volgen een viercijferig identificatiesysteem, waarbij het eerste cijfer het primaire legeringselement aangeeft. Hieronder volgt een overzicht van de belangrijkste aluminiumseries en hun toepassingen:

In de racerij zijn de meest voorkomende legeringen 3003, 2024, 6061 en 7075. De 3003-legering, niet warmtebehandelbaar, blinkt uit in bewerkbaarheid en lassen voor onderdelen met lage belasting, zoals tanks en beugels. De 2024-legering biedt een hoge sterkte, maar beperkte vormbaarheid en lasbaarheid, waardoor deze ideaal is voor chassisplaten en vliegwielen. De 7075-legering, de sterkste van de gangbare opties, is geschikt voor bewerkte onderdelen en rechte ophangingscomponenten, ondanks de slechte lasbaarheid.

De 6061-legering biedt een optimale balans en biedt lasbaarheid, matige tot hoge sterkte en vormbaarheid in gegloeide toestand, waardoor deze dominant is in de fabricage van inlaatspruitstukken en intercoolerbuizen. Voor gegoten componenten zoals pomphuizen of versnellingsbakken biedt de 356-legering uitstekende lasbaarheid en warmtebehandelbaarheid.

Warmtebehandeling maakt gebruik van "precipitatieharding" om aluminiumlegeringen te versterken. Dit proces omvat het verwarmen van de legering boven de "oplossingstemperatuur" om legeringselementen gelijkmatig op te lossen, gevolgd door afschrikken (snelle afkoeling). De daaropvolgende veroudering - hetzij bij kamertemperatuur, hetzij kunstmatig versneld - zorgt ervoor dat legeringselementen neerslaan als fijne deeltjes, waardoor korrelverschuiving wordt geremd en de hardheid wordt verhoogd.

Koudbewerken (smeden, stempelen, buigen) induceert plastische vervorming, waardoor de korrelstructuren worden verfijnd om de sterkte te verbeteren. Omgekeerd verzacht gloeien legeringen door ze boven de oplossingstemperatuur te verwarmen en langzaam af te koelen, wat de vorming van grove, ongelijke kristallen bevordert voor een grotere ductiliteit.

Tempercodes specificeren legeringstoestanden: O (gegloeid, optimaal voor buigen), F (zoals gefabriceerd), T4 (oplossingswarmtebehandeld + natuurlijk verouderd) en T6 (oplossingswarmtebehandeld + kunstmatig verouderd voor maximale sterkte). Na het lassen kunnen componenten opnieuw warmtebehandeld moeten worden om T6-eigenschappen te herstellen. Gebogen aluminium buizen, die doorgaans vóór het vormen worden gegloeid, bereiken een gedeeltelijke koudbewerkte sterkte, maar hebben warmtebehandeling nodig voor volledige verharding.