Τα κράματα αλουμινίου κυριαρχούν στην μηχανική του μηχανοκίνητου αθλητισμού για ελαφριά απόδοση

Στους μηχανοκίνητους αγώνες, κάθε κλάσμα του δευτερολέπτου μετράει. Η επιλογή των υλικών για τα εξαρτήματα αγώνων εξαρτάται από τέσσερις βασικούς παράγοντες: ελαφριά ιδιότητες, υψηλή αντοχή, ευκολία μηχανικής κατεργασίας και αντοχή στη διάβρωση. Τα κράματα αλουμινίου, με τα εξαιρετικά χαρακτηριστικά απόδοσής τους, διαδραματίζουν καθοριστικό ρόλο σε όλες τις εφαρμογές αγώνων—από ψυγεία και έμβολα μέχρι πολλαπλές εισαγωγής. Ωστόσο, πρέπει να τονιστεί ότι το αλουμίνιο είναι αυστηρά ακατάλληλο για συστήματα εξάτμισης λόγω ανησυχιών για την ασφάλεια.

Ένα από τα πιο συναρπαστικά χαρακτηριστικά του αλουμινίου για τους μηχανικούς αγώνων είναι η ελαφριά του φύση. Με πυκνότητα περίπου το ένα τρίτο εκείνης του χάλυβα, τα εξαρτήματα αλουμινίου προσφέρουν σημαντική εξοικονόμηση βάρους σε ισοδύναμους όγκους—ένα κρίσιμο πλεονέκτημα στην επιδίωξη της ακραίας μείωσης βάρους. Αξιοσημείωτα, ορισμένα κράματα αλουμινίου παρουσιάζουν αντοχές εφελκυσμού που ξεπερνούν εκείνες ορισμένων χαλύβων χαμηλού άνθρακα, επιτρέποντας σημαντικές μειώσεις βάρους χωρίς συμβιβασμούς στην δομική ακεραιότητα. Περαιτέρω βελτιώσεις στην αντοχή μπορούν να επιτευχθούν μέσω διαδικασιών θερμικής επεξεργασίας.

Τα κράματα αλουμινίου κατηγοριοποιούνται σε δύο κύριες ομάδες: σφυρήλατα κράματα και χυτά κράματα. Τα σφυρήλατα κράματα υποβάλλονται σε διεργασίες όπως έλαση, εξώθηση ή έλξη για τη διαμόρφωση δομικών σχημάτων (σωλήνες, προφίλ, φύλλα ή ράβδοι), ενώ τα χυτά κράματα διαμορφώνονται μέσω χύτευσης για πολύπλοκες γεωμετρίες. Η σφυρηλάτηση είναι μια άλλη κοινή μέθοδος κατασκευής. Οι τεχνικές συναρμολόγησης περιλαμβάνουν πριτσίνωμα, βίδωμα ή συγκόλληση, με θερμική επεξεργασία μετά τη συγκόλληση διαθέσιμη για την ενίσχυση της αντοχής.

Για να ανταποκριθούν στις ειδικές απαιτήσεις των μηχανοκίνητων αγώνων, οι μηχανικοί προσαρμόζουν τις ιδιότητες του αλουμινίου μέσω στοιχείων κράματος. Τα σφυρήλατα κράματα ακολουθούν ένα τετραψήφιο σύστημα αναγνώρισης, όπου το πρώτο ψηφίο υποδηλώνει το κύριο στοιχείο κράματος. Παρακάτω είναι μια ανάλυση των κύριων σειρών αλουμινίου και των εφαρμογών τους:

Στους αγώνες, τα επικρατέστερα κράματα περιλαμβάνουν τα 3003, 2024, 6061 και 7075. Το κράμα 3003, μη θερμικά επεξεργασμένο, διαπρέπει στην μηχανική κατεργασία και τη συγκόλληση για εξαρτήματα χαμηλής καταπόνησης όπως δεξαμενές και βραχίονες. Το κράμα 2024 προσφέρει υψηλή αντοχή αλλά περιορισμένη μορφοποίηση και συγκολλησιμότητα, καθιστώντας το ιδανικό για δέρματα πλαισίου και σφονδύλους. Το κράμα 7075, το ισχυρότερο μεταξύ των κοινών επιλογών, ταιριάζει σε μηχανικά εξαρτήματα και ευθύγραμμα εξαρτήματα ανάρτησης παρά την κακή συγκολλησιμότητα.

Το κράμα 6061 επιτυγχάνει μια βέλτιστη ισορροπία, προσφέροντας συγκολλησιμότητα, μέτρια έως υψηλή αντοχή και μορφοποίηση σε καταστάσεις ανόπτησης, κυριαρχώντας έτσι στην κατασκευή πολλαπλών εισαγωγής και σωλήνων ενδιάμεσου ψύκτη. Για χυτά εξαρτήματα όπως περιβλήματα αντλιών ή κιβωτίων ταχυτήτων, το κράμα 356 παρέχει εξαιρετική συγκολλησιμότητα και θερμική επεξεργασία.

Η θερμική επεξεργασία χρησιμοποιεί «σκλήρυνση κατακρήμνισης» για την ενίσχυση των κραμάτων αλουμινίου. Αυτή η διαδικασία περιλαμβάνει τη θέρμανση του κράματος πάνω από τη «θερμοκρασία διαλύματος» για τη διάλυση των στοιχείων κράματος ομοιόμορφα, ακολουθούμενη από σβέση (ταχεία ψύξη). Η επακόλουθη γήρανση—είτε σε θερμοκρασία δωματίου είτε επιταχυνόμενη τεχνητά—κράματα στοιχείων για να κατακρημνιστούν ως λεπτά σωματίδια, αναστέλλοντας την ολίσθηση των κόκκων και ενισχύοντας τη σκληρότητα.

Η ψυχρή εργασία (σφυρηλάτηση, σφράγιση, κάμψη) προκαλεί πλαστική παραμόρφωση, βελτιώνοντας τις δομές των κόκκων για την ενίσχυση της αντοχής. Αντίθετα, η ανόπτηση μαλακώνει τα κράματα θερμαίνοντάς τα πέρα από τη θερμοκρασία διαλύματος και αργή ψύξη, η οποία προάγει τον σχηματισμό χονδροειδών, ανομοιόμορφων κρυστάλλων για μεγαλύτερη ολκιμότητα.

Οι κωδικοί θερμοκρασίας καθορίζουν τις συνθήκες του κράματος: O (ανοπτημένο, βέλτιστο για κάμψη), F (κατασκευασμένο), T4 (θερμικά επεξεργασμένο διάλυμα + φυσικά γηρασμένο) και T6 (θερμικά επεξεργασμένο διάλυμα + τεχνητά γηρασμένο για μέγιστη αντοχή). Μετά τη συγκόλληση, τα εξαρτήματα μπορεί να απαιτούν επανα-θερμική επεξεργασία για την αποκατάσταση των ιδιοτήτων T6. Οι λυγισμένοι σωλήνες αλουμινίου, τυπικά ανόπτητοι πριν από τη διαμόρφωση, επιτυγχάνουν μερική αντοχή ψυχρής εργασίας, αλλά χρειάζονται θερμική επεξεργασία για πλήρη σκλήρυνση.