Κράματα αλουμινίου έναντι τύπων χάλυβα

Τα κράματα αλουμινίου έχουν συνήθως έναν ελαστικό συντελεστή περίπου 70 GPa, ο οποίος είναι περίπου ένα-τρίτο του ελαστικού συντελεστή των κραμάτων χάλυβα. Ως εκ τούτου, για ένα δεδομένο φορτίο, ένα εξάρτημα ή μια μονάδα κατασκευασμένη από κράμα αλουμινίου θα βιώσει μεγαλύτερη παραμόρφωση στο ελαστικό καθεστώς από ένα χαλύβδινο τμήμα πανομοιότυπου μεγέθους και σχήματος.

Με εντελώς νέα μεταλλικά προϊόντα, οι επιλογές σχεδιασμού συχνά διέπονται από την επιλογή της τεχνολογίας κατασκευής. Οι εξωθήσεις είναι ιδιαίτερα σημαντικές από την άποψη αυτή, λόγω της ευκολίας με την οποία τα κράματα αλουμινίου, ιδιαίτερα η σειρά μπορούν να εξωθούν για να σχηματίσουν σύνθετα προφίλ.

Γενικά, τα σκληρότερα και ελαφρύτερα σχέδια μπορούν να επιτευχθούν με το κράμα αλουμινίου από ό,τι είναι εφικτό με τους χάλυβες. Για παράδειγμα, σκεφτείτε την κάμψη ενός λεπτού-τοίχωμα σωλήνα: η δεύτερη στιγμή της περιοχής σχετίζεται αντίστροφα με την πίεση στον τοίχο σωλήνων, δηλαδή οι πιέσεις είναι χαμηλότερες για μεγαλύτερες τιμές. Η δεύτερη στιγμή της περιοχής είναι ανάλογη με τον κύβο της ακτίνας επί το πάχος του τοίχου, αυξάνοντας έτσι την ακτίνα (και το βάρος) κατά 26% θα οδηγήσει στο μισό της πίεσης του τοίχου. Για το λόγο αυτό, τα πλαίσια ποδηλάτων από κράματα αλουμινίου χρησιμοποιούν μεγαλύτερες διαμέτρους σωλήνων από το χάλυβα ή το τιτάνιο προκειμένου να αποδώσουν την επιθυμητή ακαμψία και αντοχή. Στην αυτοκινητοβιομηχανία, τα αυτοκίνητα κατασκευασμένα από κράματα αλουμινίου χρησιμοποιούν διαστημικά πλαίσια κατασκευασμένα από εξωθημένα προφίλ για να εξασφαλίσουν ακαμψία. Αυτό αντιπροσωπεύει μια ριζική αλλαγή από την κοινή προσέγγιση για το τρέχον σχέδιο αυτοκινήτων χάλυβα, το οποίο εξαρτάται από τα κοχύλια αμαξώματος για την ακαμψία, γνωστό ως σχέδιο ενιαίου αμαξώματος.

Τα κράματα αλουμινίου χρησιμοποιούνται ευρέως σε κινητήρες αυτοκινήτων, ιδιαίτερα σε κυλίνδρους και στροφαλοθήκες λόγω της πιθανής εξοικονόμησης βάρους. Δεδομένου ότι τα κράματα αλουμινίου είναι ευαίσθητα σε στρεβλώσεις σε υψηλές θερμοκρασίες, το σύστημα ψύξης τέτοιων κινητήρων είναι κρίσιμο. Οι τεχνικές κατασκευής και οι μεταλλουργικές εξελίξεις έχουν επίσης καθοριστεί για την επιτυχή εφαρμογή στους κινητήρες αυτοκινήτων. Τα εξήντα, οι κεφαλές κυλίνδρων αλουμινίου του κέρδισαν τη φήμη της αποτυχίας και της απογύμνωσης των σπειρών, κάτι που δεν παρατηρείται στις σημερινές κεφαλές κυλίνδρων αλουμινίου.

Ένας σημαντικός δομικός περιορισμός των κραμάτων αλουμινίου είναι η χαμηλότερη αντοχή κούρασης τους σε σύγκριση με το χάλυβα. Σε ελεγχόμενες εργαστηριακές συνθήκες, οι χάλυβες εμφανίζουν ένα όριο κόπωσης, το οποίο είναι το εύρος πίεσης κάτω από το οποίο δεν εμφανίζονται βλάβες – το μέταλλο δεν συνεχίζει να εξασθενεί με εκτεταμένους κύκλους πίεσης. Τα κράματα αλουμινίου δεν έχουν αυτό το χαμηλότερο όριο κόπωσης και θα συνεχίσουν να εξασθενούν με τους συνεχείς κύκλους πίεσης. Τα κράματα αλουμινίου χρησιμοποιούνται επομένως αραιά σε μέρη που απαιτούν υψηλή αντοχή κόπωσης στο καθεστώς υψηλού κύκλου (περισσότεροι από 107 κύκλοι πίεσης).