Lav ufjæret vekt – massen i hjulopphenget – gir bedre kjøreegenskaper. Derfor er trykkstøpte hjul av aluminium (Al) så bra. Og nå holder de også!
Bildet øverst: Jaguar I-Pace må jo ha supergromme hjul av robust, trykkstøpt spesial-aluminium, noe annet blir gedigen nedtur … (Foto: Jaguar)
Av Stein Bekkevold
Trykkstøping er en metode der smeltet lettmetall presses inn i en stål-form, og holdes under trykk til det stivner. Støpeformen er gjerne todelt, med en fast del og en som kan åpnes, og formen har utstyr som skyver ut den ferdige detaljen. Formene kan også ha bevegelige elementer som sleider, kjerner og andre enheter for å forme hull og lage gjenger.
Høyt trykk
Arbeidstrykket kan gå helt opp til 150 MPa*. Til sammenligning tåler dagens karosseristål en belastning på minst ca 500 til 1200 MPa før brudd.
Støpemetoden egner seg godt for bilhjul, der vi vil ha lav vekt, stor nøyaktighet og glatte overflater. Det samme gjelder motorblokker og deler av hjulopphenget. Viktig er det også at metoden gir stor formingsfrihet; du kan designe nesten hva som helst og få det greit støpt. Det fine med flytende, luft- og gassfritt metall under trykk er at det raskt kan presses inn i alle krinker og kroker i formen, og plassere seg jevnt og uten porer; derfor er unison fasthet og glatt overflate blant de mange fordelene.
Det finnes to metoder, varmkammer som best passer til lettsmeltende legeringer av bly, tinn, sink og magnesium, og kaldkammer for legert aluminium (bilhjul etc.) og kobber.
Ferdig vare
De fleste varene produseres nær 100 prosent ferdige i formen, bare unntaksvis er etterarbeid nødvendig. Tynne seksjoner, innlagte hulrom og økt bruk av skrapmetall (resirkulering) senker kiloprisen på ferdig vare. Formene er dyre, men holdbare, og kan lage tusenvis av helt like detaljer uten justering.
I økende grad brukes trykkstøpt, legert aluminium nå til hjul, motorblokker, bunnpanner, girkasser, hjuloppheng og andre varer i bilindustrien, og til husholdnings- og elektriske artikler.
Rundt år 2000 ble trykkstøping videreutviklet for å lage detaljer med en egen kombinasjon av egenskaper, der silisiumkarbid-forsterket aluminium (AlSiC) er ett eksempel. Trykkprosessen gir en vare som er nøye tilpasset bruken, noen ganger en kompositt med et nett av silisiumkarbid innstøpt i aluminium, mens ytre flater er legert aluminium-silisium.
Densitet (spesifikk masse i kg/cm3) og varmelednings-evne er omtrent som for ren aluminium; styrke, hardhet og E-modul omtrent som for stål (!), mens varme-utvidelsen er lavere enn i sammenlignbare materialer. Slik kan vi derfor lage ekstra fine spesialhjul til Formel 1, kampfly og så videre. For deg og meg blir de for dyre. Vi må nøye oss med de litt enklere variantene. Som er bra nok. Og dyre nok fordi legeringen er avansert (kan også inneholde litt rådyr titan) og jobben er omfattende, bl.a. må kanskje smelten blåses ren med hydrogen for å fjerne luft og lignende som kan lage blærer og porer i det ferdige produktet …
Også mer vanlige (eldre) bruksbiler har nå ofte hjul av trykkstøpt aluminiumslegering, ikke minst i USA. (Foto: Chrysler)
Gode egenskaper
De første lettmetalhjulene – på 1960-tallet – var av ren magnesium og var svært lette fordi Mg bare veier 1,8 kg/dm3 – mens aluminium veier 2,8 og stål 7,8.
Lettmetallhjul (alloy wheels) fikk fort dårlig rykte fordi de ikke tålte berøring med kantstein og sånt før de sprakk, og mange var ofte laget av dårlig metall, før produsentene satset på noe bedre.
Lettmetallhjul ble tidlig utviklet etter krav fra flyindustrien, der Saab Aircraft var en av pådriverne sammen med hovedleverandøren Svenska Metallverken.
En av de andre fordelene med lettmetallhjul er at magnesium og aluminium er svært gode varmeledere – bremseeffekten kan økes betydelig sammenlignet med stålhjul. Lavere ufjæret vekt i understellet gir dessuten bedre veigrep – og lavere totalvekt. Lav samlet vekt i understellet er selvsagt svært viktig for kampfly, som helst skal bære en god del mer enn sin egen tomvekt. Derfor var Saab så interessert i legerte aluminiumhjul for alle sine kampflyvarianter.
En ulempe er at noen av de billige legeringene kan gjøre hjulet følsomt for korrosjon. Seriøse bilfabrikker tar forholdsregler mot dette og sørger for grundig overflatebehandling og lakkering (robust klarlakk).
Selv kan du passe på dette med jevnlig, effektiv rengjøring av hjulene, ikke minst om vinteren da veiene er saltstrødd. Salt og fuktighet danner fort en effektiv elektrolytt somspiser lettmetall, straks det blir sår i det. Korrosjon er noe herk, og vi merker det godt her hos oss, der veiene strøs med enorme mengder koksalt hver vinter. Det er billigere enn hyppig pløying og strøing med (varm) sand.
Mag wheels…
De første lettmetallhjulene var altså laget av en enkel og ganske billig magnesium-legering, med lav trykkfasthet og diskutabel levetid. En god stund hang det derfor negative assosiasjoner ved begrepet mag-hjul – men i dag er vel dette slutt. Dagens hjul fra proffe bilmerker – noen av dem er som nevnt legert med litt titan for ekstra styrke – er det ikke mye å si på.
Fortsatt blir de aller billigste bilmerkene levert med enkle hjul av presset og sveist stålplate – og så må folk løpe og kjøpe en blank jukseskive (av plast) og sette utenpå, for å føle at de har like fine hjul som naboen. Livet er ikke bare enkelt …
*Pascal (Pa) er den eneste lovlige internasjonal enheten for trykk; 1 Pa er lik 1 N/m2 – ca 0,1 kg/m2 men skal ikke lenger brukes da omvandlingsfaktoren 9,81 mellom kg og Newton gjenspeiler den gjennomsnittlige gravitasjonen, men denne varierer over alt slik at resultatet blir ukorrekt.
