Hliník
Lehká ložisková řešení
Když záleží na každém gramu. Slitiny hliníku a hliníkový bronz poskytují výjimečný poměr pevnosti a hmotnosti pro letecké, automobilové a vysoce výkonné ložiskové aplikace.
Hliník v ložiskových aplikacích
Hliník je třetím nejrozšířenějším prvkem v zemské kůře a nejpoužívanějším neželezným kovem v průmyslu. U ložiskových aplikací je hliník ceněn zejména pro svůj výjimečný poměr pevnosti k hmotnosti a tepelnou vodivost.
Čistý hliník je pro přímé kluzné plochy ložisek příliš měkký. V ložiskové technice se proto hliník využívá primárně třemi způsoby: jako ložisková tělesa a domky (stojatá ložiska, přírubové jednotky), jako bimetalová hliník-cínová ložiska (např. hlavní motorová ložiska klikových hřídelí) a jako přísada do hliníkových bronzů (slitin mědi obohacených o hliník).
Společnost JBM mimo jiné nabízí pouzdra z hliníkového bronzu — vysoce pevné slitiny mědi obsahující 9 až 14 % hliníku, které poskytují výjimečnou odolnost proti korozi a obrovskou únosnost pro námořní a těžké průmyslové instalace.
Proč uvažovat o hliníku v ložiskách?
Třetinová hmotnost oproti oceli — zcela kritické pro aerospace a letectví
4x lepší než u oceli — vynikající odvod tepla od ložiska
Přirozená vrstva oxidu hlinitého poskytuje stálou ochranu povrchu
Snadno a rychle se obrábí, což snižuje výrobní náklady (domky, ložiskové domky)
Vlastnosti čistého hliníku
| Chemická značka | Al |
| Protonové číslo | 13 |
| Hustota | 2.70 g/cm³ |
| Bod tání | 660 °C |
| Tepelná vodivost | 205 W/m·K |
| Pevnost v tahu (6061-T6) | 310 MPa |
| Tvrdost (6061-T6) | HB 95 |
| Koeficient tepelné roztažnosti | 23.1 µm/m·°C |
| Elektrická vodivost | 61% IACS |
Důležité upozornění pro konstruktéry
Samotný (čistý) hliník není vhodný jako přímá kluzná plocha proti ocelovým hřídelím — je příliš měkký a náchylný k zadírání (otěru). Místo toho se používá hliníkový bronz, bimetalová ložiska s ocelovým hřbetem nebo hliníková ložisková tělesa s vloženým (zalisovaným) pouzdrem.
Jak přesně je hliník využíván v ložiskových systémech
Hliník plní v uložení rotujících a oscilujících částí naprosto odlišné role v závislosti na konkrétních požadavcích aplikace.
Ložisková tělesa (domky)
Hliník se hojně používá pro ložisková tělesa — tedy strukturální prvky, které pevně ukotvují samotné ložisko nebo pouzdro do stroje. Typické jsou stojaté ložiskové domky (Pillow blocks) a přírubové jednotky vyráběné z odlévaného nebo obráběného hliníku, obzvláště tam, kde je snížení hmotnosti absolutní prioritou.
- Snížení hmotnosti o 60–70 % oproti běžné litině
- Fantastický odvod ztrátového tepla z ložiska
- Odolnost vůči korozi (možnost eloxování)
- Velmi rychlé a snadné CNC frézování
Pouzdra z hliníkového bronzu
Hliníkový bronz je slitina primárně na bázi mědi obsahující 9 až 14 % hliníku. Navzdory svému názvu jde stále o bronz — přidání hliníku však mědi propůjčuje mimořádně vysokou pevnost, obrovskou tvrdost a nepřekonatelnou odolnost vůči korozi a kavitaci.
- Bezkonkurenční odolnost proti slané/mořské vodě
- Extrémně vysoká nosnost (nad 120 N/mm²)
- Dokonalé vlastnosti při zachování vysokých teplot
- Může být samomazné s použitím grafitových zátek
Bimetalová hliník-cínová ložiska
Vysoce namáhaná motorová ložiska (hlavní ložiska klikového hřídele, ojniční ložiska) používají slitinu hliníku a cínu (např. Al-Sn20), která je nanesena na ocelovém podkladu. Tento měkký hliníko-cínový povrch se dokáže dokonale přizpůsobit hřídeli a bezpečně do sebe „zabořit“ (absorbovat) drobné prachové a kovové nečistoty z oleje.
- Vynikající přizpůsobivost profilu hřídele (konformita)
- Skvělá únavová pevnost materiálu
- Výborná pohlcovací (absorpční) schopnost drobných částic
- Mimořádně rychlý odvod tepla od klikového hřídele
Slitiny hliníku pro ložiskové aplikace
Jednotlivé slitiny hliníku se dramaticky liší svými vlastnostmi v pevnosti, ochraně proti korozi i v tom, jak dobře se obrábějí.
| Označení slitiny | Typ struktury | Klíčové vlastnosti | Typické použití pro ložiska |
|---|---|---|---|
| 6061-T6 | Al-Mg-Si | Dobrá pevnost, vynikající odolnost vůči korozi, výborně svařitelný. | Běžná ložisková tělesa (domky), montážní a opěrné desky. |
| 7075-T6 | Al-Zn | Extrémně vysoká pevnost na úrovni oceli (aerospace), náchylnější na korozi. | Vysoce namáhaná tělesa, uložení v leteckém průmyslu. |
| 2024-T3 | Al-Cu | Vysoká pevnost, skvělá únavová odolnost, snížená korozní odolnost. | Letecká ložisková pouzdra, aplikace s enormním napětím. |
| C95400 | Hliníkový bronz | Základem je Měď. Vysoká pevnost (700 MPa), absolutní odolnost proti slané vodě. | Námořní pouzdra, těžce namáhaná bronzová ložiska, vedení velkých ventilů. |
| C95500 | Nikl-hliníkový bronz | Nejpevnější hliníkový bronz s příměsí Niklu. Dokonalá ochrana proti kavitaci. | Lodní šrouby a hřídele, hardware námořních plošin, ponorky. |
| Al-Sn20 | Hliník-Cín | Velmi měkký a poddajný materiál s vynikající schopností pohlcovat prach. | Hlavní i ojniční ložiska klikových hřídelí u spalovacích motorů. |
Zvýrazněné řádky jsou slitiny hliníkového bronzu — jedná se technologicky o bronz, nikoliv čistý hliník.
Nejkvalitnější námořní slitina
Hliníkový bronz si zaslouží zvláštní pozornost. Je to naprosto nekompromisní materiál pro ložiska vystavená vlivu moře, agresivních chemikálií nebo vodním turbínám. Přestože má v názvu "hliník", jedná se ve skutečnosti o slitinu na bázi mědi.
Složení hliníkového bronzu
Typické složení varianty C95400 / CuAl10Ni5Fe4
Proč hliníkový bronz na extrémní zátěže?
- Vynikající ochrana ve slané vodě: Hliník v bronzu tvoří tvrdou oxidovou vrstvu, jež zcela odolává korozi mořské vody mnohem lépe než běžné cínové bronzy.
- Pevnost srovnatelná s ocelí: Pevnost v tahu se u těchto slitin šplhá až k 700 MPa — drží tvar stejně jako mnohé oceli, přičemž si zachovává excelentní kluzné vlastnosti bronzu.
- Zcela nejiskří: Naprosto bezpečný materiál do extrémně hořlavých a výbušných prostředí (Těžba ropy a zemního plynu, doly).
- Odolnost vůči Biofoulingu: Měď v základu přirozeně zabraňuje růstu vodních řas a korýšů (zvilnutí) na podmořských plochách ložiska.
- Skvěle snáší teplo: Ztrácí svou pevnost při zvyšujících se teplotách mnohem pomaleji než klasické cínové nebo olověné bronzy.
Hliník vs. Ostatní materiály těles a domků
| Vlastnost | Konstrukční hliník (6061) | Šedá litina | Konstrukční ocel | Hliníkový bronz |
|---|---|---|---|---|
| Hustota | 2.7 g/cm³ | 7.2 g/cm³ | 7.8 g/cm³ | 7.5 g/cm³ |
| Hmotnost | 1x (zcela nejlehčí) | 2.7x těžší | 2.9x těžší | 2.8x těžší |
| Tepelná vodivost | 205 W/m·K | 50 W/m·K | 50 W/m·K | 60 W/m·K |
| Odolnost vůči korozi | Dobrá | Špatná (Rezaví) | Špatná (Rezaví) | Bezkonkurenční |
| Pevnost | Střední | Střední | Nejvyšší | Vysoká |
| Cena suroviny | Vyšší | Nízká | Středně-Nízká | Vysoká |
| Nejlepší využití | Lehká tělesa a domky | Velké těžké odlitky těles | Základní silové konstrukce | Mořská kluzná pouzdra |
Na co dávat pozor při použití hliníku
⚠️ Galvanická koroze
Pokud je konstrukční hliník v přímém kontaktu s jinými kovy (především s mědí, mosazí nebo ocelí) a za přítomnosti vlhkosti, začne se hliník rychle rozpouštět. Je bezpodmínečně nutné použít izolační podložky a materiály, aplikovat pevné povlaky (anodizaci), nebo sáhnout po odolném hliníkovém bronzu.
⚠️ Tepelná roztažnost
Při zahřátí se hliník rozpíná téměř dvakrát více než klasická ocel (koeficient 23 vs. 12 µm/m·°C). Pokud kombinujete hliníkové těleso a ocelovou hřídel za vysokých teplot, musíte velmi pečlivě počítat změnu provozní vůle (clearance) ložiska.
✓ Úprava povrchu eloxováním
Tvrdé eloxování dokáže obrovsky zvýšit povrchovou tvrdost hliníkových dílů (až na HV 400+) a zabránit oděru. Tento krok je zcela nezbytný tam, kde se hliník dostává do letmého kontaktu s pohybujícími se částmi.
✓ Hliník pouze jako těleso pro "Insert"
Naprosto nejlepším řešením pro záchranu hmotnosti je použít odlehčené ložiskové těleso ze slitiny hliníku, do kterého se pevně zalisuje kvalitní ocelové nebo tenkostěnné bronzové kluzné pouzdro. Získáte tak lehkost obalu a pevnost kluzné stěny.
Potřebujete hliníková nebo bronzová pouzdra?
Ať už vaše aplikace vyžaduje odolná pouzdra z hliníkového bronzu pro lodní použití, nebo uvažujete nad výrobou lehkých ložiskových těles z klasického hliníku, jsme tu pro vás. Naši inženýři vám doporučí to nejpřesnější řešení.
Vyžádat cenovou nabídku