Hliníkové slitiny v kontextu motorů závodních automobilů jsou tím nejlepším příkladem toho, jak spojení tradičních materiálů s moderní technologií může přinést vynikající výsledky.
Hliník jako materiál v závodních autech
Články na téma závodní motory:
- Závodní motory: výlet do historie
- Proč chceme u závodních motorů co nejvyšší otáčky?
- Nejlepší mezi závodními motory: Cosworth DFV
- Proč závodní motory tak řvou? (1. díl)
- Proč závodní motory tak řvou? (2. díl)
- Proč závodní motory tak řvou? Mají vůbec výfuk? (3. díl)
- Supermateriály, které najdete v závodních motorech: Titan
- Supermateriály, které najdete v závodních motorech: Keramika
- Supermateriály, které najdete v závodních motorech: Hliník - právě čtete
- Supermateriály, které najdete v závodních motorech: Inconel, Electron a další
Hliník se používal už dávno v „dřevních dobách“ automobilismu, ale technologové stále vylepšují slitiny, které mají vlastnosti naprosto neuvěřitelné.
Tyto slitiny, které se skládají především z hliníku ve směsi s prvky, jako je křemík, hořčík a měď, nabízejí vynikající rovnováhu mezi lehkostí, pevností a tepelnými vlastnostmi, které jsou šité na míru vysokým nárokům závodních motorů.
Proč hliník používáme? Protože je lehký. Ovšem jeho pevnost není nic moc. Je velmi měkký a špatně se svařuje. A tak se připravují slitiny, které mají vhodnější poměry pevnosti a hmotnosti. Při závodění, kde záleží na každém gramu pro rychlost a obratnost, poskytuje nízká hmotnost těchto slitin významnou výhodu. Bloky motorů a další součásti vyrobené z hliníkových slitin přispívají k celkovému snížení hmotnosti vozidla, což zlepšuje výkonnostní parametry, jako je zrychlení a ovladatelnost.
Čím se vylepšuje hliník?
Legující prvky v hliníkových slitinách jsou pečlivě vybírány tak, aby zlepšovaly specifické vlastnosti. Například křemík zvyšuje odolnost slitiny proti opotřebení, což je zásadní pro díly, které jsou vystaveny neustálému tření. Hořčík zvyšuje pevnost a umožňuje slitině odolávat vysokému namáhání při závodění. Měď, i když se používá v menším množství, zvyšuje tvrdost a odolnost proti korozi, čímž zajišťuje trvanlivost dílů motoru.
Zatím jsme zamlčeli jednu veledůležitou vlastnost. Hliníkové slitiny mají vynikající vlastnosti při odvodu tepla. To je zásadní u závodních motorů, kde zvládání vysokých provozních teplot rozhoduje o výkonu i životnosti.
Prakticky se hliníkové slitiny hojně používají v závodních motorech pro součásti, jako jsou hlavy válců, písty a bloky motorů. Schopnost odlévání slitiny do složitých tvarů umožňuje vytvářet složité konstrukce, které mohou optimalizovat výkon agregátu. Pojďme se podívat na několik zajímavých slitin, které možná znáte a možná také ne. Začneme tou obyčejnější.
Slitina 6061
Je to tepelně zpracovatelná hliníková slitina, která se široce používá díky své pevnosti, snadnému obrábění a svařitelnosti. Pozor – to poslední slovo je strašně důležité! Svářet hliník není vůbec jednoduché a stejně tak není jednoduché s hliníkem pracovat dál v rámci další ochrany. Ne však u téhle slitiny. 6061 je totiž také schopna být anodizována, což přidává vrstvu ochrany pro hotové díly.
Materiál je primárně složen z hliníku, hořčíku a křemíku s malým množstvím dalších prvků, jako je měď, chrom, železo, zinek, mangan a titan.
Slitina má dobrou formovatelnost a je svařitelná všemi metodami, včetně pecního pájení. Má hustotu 2,7 g/cc a projevuje dobrou odolnost vůči korozi. Temperace hliníku 6061, která zahrnuje řešení tepelného zpracování následovaného chlazením a stárnutím, výrazně zvyšuje jeho mezní pevnost a zlepšuje jeho obrábění.
A kde tuhle slitinu najdeme? Vlastně všude. Jsou z ní plechovky na pivo, potápěčské lahve, jachty a karosářské díly na auta. To je asi největší využití 6061, protože třeba takové objektivy fotoaparátů opravdu nespotřebují materiálu mnoho.
Také čtěte
Slitina 7075
Jedním z hodně specifických a pro nás zajímavých příkladů hliníkové slitiny používané v závodních motorech je ta s číslem 7075. Tato konkrétní slitina je oblíbená ve světě motoristického sportu díky své výjimečné kombinaci vlastností, které jsou ideální pro náročné podmínky závodů.
Slitina hliníku 7075 se skládá především z hliníku, zinku, hořčíku a mědi. Chcete přesnější čísla, která jsem našel v chytrých zdrojích? Tady jsou: 87,1-91,4 % hliníku, 5,1-6,1 % zinku, 1,2-2,0 % mědi, 0,00-0,3 % manganu, 0,00-0,4 % křemíku, 0,00-0,5 % železa, 2,1-2,9 % hořčíku, 0,18-2,0 % chromu, 0,00-0,2 % titanu a 0,05-0,15 % ostatních prvků. Výsledkem tohoto složení je slitina s vynikajícím poměrem pevnosti a hmotnosti, což má zásadní význam při závodech, kde snížení hmotnosti vozidla bez snížení pevnosti může vést k výraznému zvýšení výkonu.
Víte, že slitina 7075 byla poprvé použita ve velkosériové výrobě pro stíhačku Mitsubishi A6M Zero? Používá se také při výrobě pušek M16 nebo AR-15 pro americkou armádu.
Z laboratorního hlediska vykazuje hliníková slitina 7075 pevnost v tahu přibližně 570 MPa, mez kluzu přibližně 505 MPa a tvrdost 150 Brinella. Tyto hodnoty svědčí o pozoruhodné schopnosti slitiny odolávat vysokým namáháním a deformaci. Takže je to samozřejmě oblíbený materiál na závodní motory.
Ve vysokoteplotním prostředí závodního motoru vykazuje hliníková slitina 7075 vynikající mechanické vlastnosti. Její koeficient tepelné roztažnosti se pohybuje mezi 21 až 23,5 mikrometrů na metr za každý stupeň Celsia (μm/m°C), což je zásadní pro komponenty, které vyžadují rozměrovou stabilitu při kolísání teplot. Pozor se však musí dávat na křehnutí v důsledku mikrosegregace.
V praktických aplikacích v závodních motorech se hliníková slitina 7075 často používá pro komponenty, které vyžadují vysokou pevnost a odolnost. Patří sem díly jako jsou písty, které musí odolávat extrémním silám a teplotám při spalování, a součásti převodovek, které jsou vystaveny značnému mechanickému namáhání.
Zdroj info: Moderní materiály, kolektiv autorů, TUL, 2014 Progresivní materiály, Monika Losertová, VŠB TU Ostrava, 2012 Engineering Fundamentals of Internal Combustion Engine, Brody Walker, Larsen&Keller Educatio.
Zdroj médií: Depositphotos, Audi.
Zdroj médií: Depositphotos, Audi.
