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El ciclisme és per a fer salut, no per a perdre-la




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Materiales usados en los cuadros.
Xto
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Me he entretenido en recoger un poco de información, filtrarla, traducirla, condensarla y re-redactarla del modo más sencillo posible, para su comprensión.Están basados en varios artílulos ya publicados (diversas fuentes, en especial Scot Nicol) y algunas contribucones personales, sobre los materiales usados hoy día en los cuadros de bicicletas.

Al no ser metalúrgico, puedo cometer errores al confiar en datos y cifras erróneos pero ya publicados por otros.Si apreciais alguna inexactitud, error o "gazapo", agradecería que lo hagaís público.

Como no, también se agradecen todos tipo de comentarios, en uno u otro sentido, para eso es un foro

Espero que no os parezcan demasiado "ladrillos".Ya me lo direís

Saludetes
Xto

Ahí van los dos primeros:

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Primera parte- Terminología
Xto
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Primera parte - BASES

Aunque con diversas contribuciones por mi parte, la base de estos artículos fueron escritos originalmente por Scot Nicol (Fundador de Ibis ), posiblemente sea la serie más completa y perspicaz de información que he visto sobre los materiales utilizados en la construcción cuadros y sus propiedades. Desde materiales compobados y aleaciones de acero, a materiales exóticos que apenas se utilizan.Sin embargo, esta lectura intenta cubrirlos todos. Disfrutar.

Xto

LA BASE


¿Cuál es el mejor material para usar en la construcción de un cuadro de bicicleta: acero, aluminio, titanio o de fibra de carbono? ¿O algo aún más exótico? Si bién esto no es tan importante como un tema que sustituiría a Shannon en el culebrón "Beverly Hills: 90210," es "forraje" para largos debates entre los adictos a la bicicleta (como yo).

La serie de seis partes que estamos a punto de comenzar va a examinar la metalurgia que se aplica a las bicicletas.Intentaré hacer bién mi trabajo,al informar sobre los materiales populares que actualmente se utilizan en la construcción de cuados de bicicletas, y vamos a echar un vistazo a lo que puede esperar para el futuro.

Lo que yo espero también que hacer un filtro inteligente y, a menudo, los anuncios engañosos que utiliza nuestra industria en la presa de la desinformación.Realmente no importa que el BORALYN se utilize en la armadura del tanque, o que los científicos de cohetes diseñen su bicicleta.Ni siquiera se tiene que usar una bata blanca de laboratorio para diseñar una buena bicicleta.La Ingeniería de oidas y un conocimiento íntimo de la interacción biomecánica entre bicicleta y ciclista son los únicos requisitos previos.

Para empezar, hay que entender que un cuadro de una la bicicleta tradicional es es una estructura mecánica muy evolucionada - altamente evolucionada al igual que los 100 años de bricolaje. Los intentos son constantes a fin de mejorar su diseño, pero la mayoría de ellos pocas mejoras han dado. Sólo el diseño de una ligera mejoría en el cuadro puede verse como un problema simple, pero no lo es. Pequeñas mejoras si se realizan con materiales de ingeniería y avances técnicos, pero mejoras a pasos agigantados no hay- a menos que aún se crea en los anuncios y en los Reyes magos.

Debido a que la ciencia del diseño de la bicicleta es tan compleja, no voy a ser capaz de cubrir todo de lo que trata. En lugar de ello, voy a atenerne a los elementos más importantes de meollo, y no se investigará nada acerca de de detalles complejos, o sobre los límites técnicos. Pero aún así podrá obtener un montón de información pertinente para opinar.

Entender las bondades de los materiales es esencial para la comprensión de estos. Lamentablemente, la terminología relacionada con las propiedades de todo esto es usado indiscriminadamente al azar: esta bicicleta es dura; la bicicleta que tiene una mejor rigidez al tamaño de la calcomanía en el lugar de margén del tubo inferior; esta otra bicicleta está fortalecida con 11 vitaminas y minerales esenciales --Ya habeís escuchado toda esa típìca jerga.

En esta primera entrega, voy a definir la terminología real, tanto en el sentido técnico y de acuerdo a lo que significa en relación con una bicicleta. Para los posteriores cinco partes de esta serie, acero, titanio, aluminio, fibra de carbono y "otros" que se examinarán, en ese orden.Los conocimientos aprendidos en esta introducción son para poder facilitar el camino a cada uno de ellos.

AL GRANO!!!!

¿Qué propiedades de los materiales son importantes en la elección del material del cuadro de la bicicleta? En primer lugar, hay varios tipos de propiedades de los materiales:

Física - densidad, color, conductividad eléctrica, permeabilidad magnética, y la expansión térmica. Mecánica - alargamiento, límite de fatiga, dureza, rigidez, la fuerza cortante, resistencia a la tracción, dureza...

Química - reactividad, resistencia a la corrosión, potencial electroquímico, la irradiación de resistencia, la resistencia a los ácidos, resistencia a los álcalis, y solubilidad.

La densidad y resistencia a la corrosión son importantes, por razones obvias. Para nosotros no tiene mucha utilidad el obtener información sobre la permeabilidad magnética y la resistencia a la irradiación.Pero las propiedades mecánicas son muy importantes. Pero ¿qué significan todos estos términos, y por qué son tan importantes? Vamos allá ....

DENSIDAD

Empezaremos con un uno fácil. Se trata de cuánto pesa un material para un determinado volumen.Por ejemplo, 6061 aluminio pesa 0,098 libras por pulgada cúbica. Un acero 4130 pesa 0,283 lb./in3, y 3/2.5 de titanio es 0,160 lb./in3. Se trata de una importante relación,fácil de recordar: el Titanio tiene aproximadamente la mitad de la densidad del acero, el aluminio es de alrededor un tercio de la densidad del acero. Usando esto como directriz, entonces empiezaremos a buscar otras propiedades, como la resistencia y la rigidez. Así que que nos podemos preguntar, ¿Por qué no un cuadro de aluminio ya que pesan un tercera parte que un cuadro de acero? Lea esta serie de artículos y sabrá la respuesta.

RIGIDEZ

La medición de rigidez se llama módulo de elasticidad, o módulo de Young. Este, al igual que la densidad, es razonablemente fácil de entender.El módulo de Young no cambia con diferentes aleaciones o tratamientos térmicos de un mismo metal. Un un tubo térmicamente tratado como el "Tange Prestige" no es más rígido que una simple tubo 1020 de acero (de ferretería) de las mismas dimensiones. Unos tubos de aluminio 6061 con el mismo diámetro y espesor de pared son todos igualmente rígidos que otros aluminios.Pero cuando se usa el litio o óxido de aluminio, el módulo cambia - aunque el mismo material no va a cambiar su rigidez con solo un cambio en el tratamiento térmico. ¿Puede alguien dar nombre de una excepción a esta regla?

ALARGAMIENTO

Sé que esto suena como una propiedad excitante , pero no lo es. Alargamiento mide hasta qué punto un material se extenderá antes de que se rompa. Es una medida de la ductilidad del material. ¿Cuál es la ductilidad? Es la capacidad de un material para deformarse plásticamente sin fractura. ¿Cuál es la deformación plástica? Es cuando un material se deforma cuando una carga se aplica, y sigue siendo deformado después de la carga es liberado (es decir, "las curvas").El vidrio no es muy dúctil, y no tiene elongación. Romperse como un trozo de vidrio, es un rotura de modo no aceptable para bicicletas. Lo que se requiere es un material que se va a doblar antes de que se rompa, si un alargamiento es muy importante, hay que evaluar la propiedad cuando se está buscando materiales, y voy a examinar elongación con cada material analizado.


RESISTENCIA A LA TRACCIÓN

Esta es otra propiedad muy importante. "Cuanto más fuerza la mejor" es una buena regla de oro, pero sólo si mantiene en una estrecha corriente con las otras propiedades al mismo tiempo. Se llama resistencia a la tracción porque la prueba utilizada para determinar la flexión y la ruptura de la muestra se hace tirando de la muestra aparte (la aplicación de tensión).

Ahora, las bicicletas no suelen fallar porque la tensión cargas son demasiado elevados, por lo que puede parecer una prueba estúpida . Pero, afortunadamente, la prueba también resulta ser un buen indicador de cómo el material se va a comportar - los resultados de las pruebas de tracción se utiliza para indicar la fuerza, ductilidad, rigidez, y los parámetros adecuados para el tratamiento térmico o de procesamiento. Por otra parte, la resistencia a la compresión de los metales tiende a seguir de cerca la resistencia a la tracción.

Para realizar un ensayo de tracción, agarrar cada extremo de un modelo de una conocida sección transversal, y empezar a estirar. Como el estrés (fuerza por unidad de superficie) aumenta, también lo hace la cepa (un cambio en la dimensión debido al estrés). Trazado este estrés y la tensión relación le dará una llamada curva de la carga de la curva de extensión. A partir de esto, puede determinar algunas de las cualidades mencionadas anteriormente, así como que el rendimiento y, en última instancia son fuertes. Rendimiento es donde usted permanentemente estirar el material, y al final es el máximo volumen de carga que tendrá, por lo general muy cerca del punto de las fracturas.


RESISTENCIA A LA FATIGA

¿Sabeís una cosa? Esta es otra propiedad importante a considerar, pero, una vez más, no por sí misma. La fatiga se produce la rotura en una aplicación de tensión cíclica de un valor máximo inferior a la estática resistencia a la tracción del material ... hasta que su modelo no aguante. Esto puede ser un simil de prueba, debido a que la tensión alterna imita las vibraciones e impactos que ocurren cuando se viaja en bicicleta por el largo y tortuoso camino.

La resistencia a la fatiga en sí es una medida del estrés en el que un materia, después de un determinado número de ciclos. ¿Cuanto resiste sin embargo, es según el diseño de la prueba adecuada. Una vez más, una bicicleta es un complejo rompecabezas que considerar. No hay un estándar de prueba para la fatiga. Otro convenio es que la fatiga de los ensayos se realizan por las cargas cíclicas similares al estrés, mientras que las cargas que aplique a sus piezas de bicicleta son uniformes.
Aleaciones ferrosos ( acero para los amigos) y el titanio tienen un umbral por debajo del cual una repetición de carga se le puede aplicar un número infinito de veces sin que se produzca el rotura. A esto se le llama el límite de fatiga, de resistencia o de límite.El aluminio y el magnesio no presentan un límite de resistencia, lo que significa que incluso con una minúscula carga, es eventualmente suficiente significativa después de ciclos de carga.


TENACIDAD

Esta es la habilidad de un metal para absorber la energía y deformar plásticamente antes de la fractura. Un duro metal es más dúctil y se deforma en lugar de la fractura de manera frágil - sobre todo en la presencia de estrés, como las recaudaciones de grietas y ranuras. Puesto que un requisito muy importante de los tubos de la bicicleta es su capacidad de deformar y dar aviso de la inminente rotura, la dureza es una propiedad importante de medir. Por todos estos factores, la dureza es densa y compleja de analizar como propiedad. Hay muchas maneras diferentes de medirla, algunos se aplican a las solicitudes de bicicletas, algunos otros no lo hacen jamás. A menos que la dureza sea cuestión como propiedad, voy a dejarla aparte. Si se tratará en alguna cuestión, como en el caso de fibra de carbono.


LA BÚSQUEDA DE LA PERFECCIÓN

Para responder a la pregunta formulada al comienzo de este artículo, ninguno de los materiales descritos resultan ser el material ideal para el uso - todos tienen sus ventajas y desventajas. La comparación y el diseño de cuadros con diferentes materiales es difícil, ya que los fallos son tan diferentes: soldadura, pegado, mecanizado y acabado de estos materiales son, del todo diferente. Pero la parte más difícil es vadear a través de la "desinformación" de los chicos del marketing. Sigue leyendo esta serie, y sin embargo, sabrás lo suficiente para enterarte de los problemas, mitos y medias-verdades que rodean al mundillo técnico de la bicicleta.

Xto

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Segunda parte- EL ACERO


"Cuando los gigantes vivían en la tierra, Conan. Y en la oscuridad del caos, engañaron a Crom, tomaron de él el enigma del acero. Crom se encolerizó, y sacudió la tierra. Fuego y Viento revocó estos gigantes ... pero en su rabia, los dioses olvidaron el secreto del acero y la dejaron en el campo de batalla. Y nos pareció que son sólo los hombres - ni dioses, ni gigantes, sólo los hombres. El secreto del acero siempre ha llevado consigo un misterio. Debes aprender de su enigma, Conan. Debes aprender su disciplina. En nadie, en nadie del mundo puedes confiar - ni en los hombres, ni en las mujeres, ni en las bestias ... Solo en esto puedes confiar. "(blandiendo la espada de acero) De Papá Conan en la película "Conan el bárbaro".


EL ACERO

Los constructores de cuadros conocen el secreto del acero desde hace mucho tiempo. De hecho, el acero se ha utilizado para construir cuadros de bicicleta más que con cualquier otro material. También se ha utilizado unos 50 años más que cualquier otro material que se utiliza actualmente. En esta segunda parte de seis, sobre la base de los materiales, conoceras algo acerca de dónde proviene de acero, y más información sobre sus ventajas y desventajas en la confección de un cuadro de bicicletas.Pero primero, me gustaría recomendar una re-lectura de la primera entrega de la serie para familiarizarse con la terminología.

El acero está hecho principalmente de hierro cuyo símbolo es atómica Fe, desde el latín Ferrum - y ahí es donde el término proviene de ferrosos cuando nos referimos a materiales férricos o no férricos. Tal y como has adivinado, el acero es un material ferroso, mientras el aluminio y titanio y son no ferrosos.

El hierro es el cuarto elemento más abundante en la corteza terrestre, por lo que en un futuro próximo probablemente no habrá falta de este material.También se usa para construir bicicletas de acero (cromo y molibdeno son diferentes historias, sin embargo).El hierro rara vez se encuentra químicamente como metal puro , excepto en los meteoritos. En este planeta, se encuentra en diversas formas, entre ellas magnetita (Fe3O4), hematita (Fe2O3), siderita (FeCO3), pirita (FeS2) ... y muchas otras formas que terminara en 'itas.

¿Cómo se obtiene del hierro el acero? A base de sumar y restar un par de ingredientes, mientras es fundido, y voilà, el acero (en realidad es un muy evolucionado proceso en el que participan reacciones exotérmicas, pero no vamos a ceñir solo a la finalidad de este artículo).

En concreto, acero 4130 - una aleación de acero - que se conoce comúnmente en la industria de la bicicleta como Cromo-Moly, contiene los siguientes agentes de aleación: 0,28 a 0,33 por ciento de carbono, 0,4 a 0,6 por ciento de manganeso, 0,8 a 1,1 por ciento cromo, de 0,15 a 0,25 por ciento de molibdeno, 0,04 por ciento de fósforo, 0,04 por ciento de azufre, y el 0,2-al 0,35 por ciento de silicio. El otro 95 por ciento es simple hierro. Ahora, hay cientos de tipos de acero, el 4130 encuentra su camino en los cuadros de bicicleta porque, entre otros atributos, su soldabilidad, conformabilidad, resistencia, ductilidad y tenacidad. (Muchos cuadros de baja calidad están fabricados con acero 1020, que se llama simplemente acero al carbono, y tiene significativamente menor fuerza que los aceros al cromo-molibdeno.)

Los números que estoy usando son designados por la "Society of Automotive Engineers" y la "American Iron and Steel Institute": 41XX designa a un acero cromo-molibdeno (CrMo), mientras que 10XX designa básico acero al carbono - que, si se compara con los aceros 41XX, tiene menos de aleación agentes, la disminución de fuerza y un menor coste. El primer número especifica el tipo de acero: 1 = uso de carbono, 2 = níquel, 3 = níquel cromo, 4 = níquel, cromo y molibdeno, 5 = cromo, etcétera, hasta la saciedad .... El segundo número se refiere a diferentes ingredientes en diferentes aleaciones. En el caso de 4130, define el porcentaje de cromo y molibdeno en la aleación. Los dos últimos números dicen que la cantidad de carbono, expresado en centésimas de uno por ciento. 4130 tiene, por tanto, 0,3 por ciento de carbono.

A partir de ahora, este es el léxico de bicicleta , voy a utilizar y 4130 o CrMo indistintamente, aunque no todos los CrMo son 4130. CrMo es con mucho el más común de todos los aceros utilizados para la construcción de de cuadros alta calidad de bicicleta.Y estoy haciendo una suposición de que los lectores de VeloNews que montan cuadros de acero no están montando Muffy's (Ese es el nombre genérico para los Murray-Huffy estilo de bicicleta se puede comprar en esas "instituciones" de Norteamérica como Kmart y Wal-mart.)La Muffy de acero inoxidable está apenas por encima de armaduras de acero de la "cadena alimentaria"; es esencialmente una mezcla derretida de Chevys del 1956, lavadoras y carritos de la compra.Que pena.

LA ELECCIÓN DEL ACERO COMO MATERIAL PARA UN CUADRO

El diseñador de un cuadro de bicicleta debe tener muchos factores diferentes en cuenta a la hora de decidir qué material utilizar para su realización. Incluso después de ver todas las características, no existe una clara elección.

Pero aun así, hay muchas buenas razones para el uso del acero como material de su elección en el cuadro de una bicicleta. Vamos a ir más de las características físicas que se definieron última vez, y ver dónde acero se inscribe en el esquema de las cosas, en comparación con los de titanio y aluminio.

n.b: En aras de la simplicidad, me abstendré de hacer comparaciones con fibra de carbono, compuestos de matriz de metal y otros materiales. Las comparaciones se deberá señalar a Ti, Al y del acero.

DENSIDAD

Empezamos con la densidad en el primer artículo, porque es tal vez es la propiedade más fácil de entender. Por desgracia para el acero, es "la densidad impugnadora," con un uso vernáculo hasta 1990. Un peso de 0,283 libras por pulgada cúbica, es casi dos veces más denso que el titanio (en 0.160) y bastante próximo a las tres veces la densidad del aluminio (en 0.098). Es evidente que la densidad es una propiedad muy importante, porque se necesita un cuadro de peso ligero en las bicicleta de hoy día, y de alta densidad hace que sea difícil alcanzar ese desarrollo de pesos.Por fortuna para el acero, hay otras propiedades importantes a examinar.

RIGIDEZ

Aquí es donde brilla el acero, frente a Ti y Al. El módulo de Young para el acero es de aproximadamente 30 millones de libras por pulgada cuadrada. La aleación de titanio Ti3Al-2V es 15,5 millones de psi, y aluminio 6061 es de aproximadamente 10 millones de psi. Los coeficientes (de tres a dos a uno) son casi idénticas a las relaciones entre la densidad de estos tres materiales. Esto significa que la ralación rigidez/peso para los tres materiales son más o menos el mismo (siempre que estás buscando a rigidez en tensión o compresión).

Si realmente quiere saber el módulo de Young, es la relación del estrés/tensión en la región por debajo del límite proporcional a la curva tensión/deformación. Esto se describe brevemente en la última edición. Todo lo que necesita saber es: cuanto mayor sea el número, el más rígido el material. Espere un minuto, sin embargo. ¿Cómo puede ser que, si el acero es tan rígido y Al no es tan rígido, ¿como que las bicicletas de grande tubos de aluminio son tan increíblemente rígidas? El módulo de Young mide la rigidez de todos estos materiales con el mismo tamaño de muestra, o la sección. Podemos llamar a la sección de módulo de medición. Una de las piezas del rompecabezas de la bicicleta para diseñador es llegar a tirar del tamaño y grosor de la pared del tubo utilizado. Luego llegamos a la cifra Módulo de la sección polar del material de la fórmula: 0,196 (D4-d4) / D). Toda esta fórmula dice que es como un tubo de diámetro aumenta (D), aumenta la rigidez a la tercera potencia de ese número (d es el diámetro interior). La comparación de una pulgada y un tubo de dos pulgadas de tubo de igual grosor de la pared., El "gordo" a ser ocho veces rígido que un tubo pequeño. Y el peso sólo doble. ¿Ahora parece que las Kleins y Cannondales comienzan a tener sentido?

Otro simple ejemplo de cómo funciona esto es comparar dos tubos del mismo peso, y ver en el aumento de la rigidez como se aumenta el diámetro. Tomamos un tubo de acero de una pulgada con un espesor de pared de 0,049 pulgadas. Comparamos que a una de 1,5 pulgadas de tubo con un espesor de pared de 0,032 pulgadas. Ellos pesan lo mismos, pero el de 1.5 pulgadas de tubo es de 1,6 veces más rígido.

La siguiente pregunta debería ser: "¿Por qué no aumentar el diámetro de tubos de acero como lo haríamos con el aluminio, por lo que obtener una todavía una bicicleta más liviana?" Aquí es donde efecto "barril de cerveza" entra en juego. Como un tubo con una realción de diámetro/espesor de pared por encima de 60 / 70 a 1, el tubo tiene más probabilidades de sufrir incapacidad debido a pandeo, o "Barril de cerveza". Al y Ti, menor densidad de materiales, le permiten tener paredes más gruesas y y en consecuencia más resistentes a ese pandeo.

ALARGAMIENTO

Una vez más, esta propiedad es un indicador de ductilidad. Simplemente, mide hasta qué punto un material se extenderá antes de que quebre.Mientras las propiedades anteriores - la densidad y la rigidez - no cambian significativamente con el tratamiento térmico de la aleación en cualquier material, la elongación es otra historia. Al igual que la fuerza, la elongación es todo un mapa de complejidad en función de tratamiento térmico y la naturaleza de la aleación. Alargamiento se expresa como un porcentaje.

Cuando los ensayos de tracción un material, es tirado al margen y se extienda hasta que se rompe. La marcas se realizan en la muestra, y la distancia entre ellos se mide antes y después de que la muestra se rompa. La diferencia se expresa como el porcentaje de elongación. Los aceros utilizados en bicicleta tubos suelen medir elongaciones, de 9 a 15 por ciento. Si el número de elongación se hunde por debajo del 10 por ciento, considero que es un indicador para tener una mirada más atenta a las propiedades generales del material.

Riesgo de rotura de un cuadro frágil aumenta a medida que este número disminuye. En particular, es necesario examinar los puntos fuertes del material - la dureza y la resistencia límite. Y dentro de estas pruebas - dureza por ejemplo - que según el método sería mejor: Charpy, Izod, o alguna otra prueba? Con precisión el análisis de un material con baja elongación requiere mucha más información y experiencia que yo te pueda facilitar en esta breve sinopsis.

RESISTENCIA A LA TRACCIÓN: FINALIDAD Y RENDIMIENTO

Hay una enorme variación en las mediciones de resistencia a la tracción de diferentes aleaciones de acero y diferentes marcas. El CrMo genérico podría tener un límite elástico de 90 KSI, mientras las medidas de un "True Temper OX3" son casi dos veces más: 169 KSI. Es seguro que una moto que este hecha de cualquiera de estos dos materiales, no rompa. Sabemos de hecho que el tubo CrMo genérico es un material muy fiable para construir una bicicleta. Pero tiene una dotación de sólo 90 KSI. Una vez más, tal vez encontraremos que la tenacidad y alargamiento de este material es fantástico, de modo que podemos obtener uno menor nivel, pero con aún mucha resistencia.

Si auténtico tubo "true Temper OX3" es el doble de fuerte, ¿significa que se puede construir un cuadro con la mitad del grosor de la pared? Sí. ¿Será tan fuerte? ¿No sería tan rígido? Ahhhg... No. La voluntad es siempre la última.

LA GRAN IMAGEN

La cuestión aquí es que hay mucho que considerar. Si se limita a ver a un par de números, no se obtendrá necesariamente el cuadro al completo. Es fácil para un metalúrgico convencer en un anuncio sobre la superioridad de uno sobre otro material.Esto se puede ver en los materiales antes mencionados. Muy diferentes números en la fuerza, la densidad idéntica, y sin embargo, se puede construir una buena bicicleta, ya sea de material u otro.

El acero es un material maravillosamente fiable y leal para la construcción de bicicletas. Es seguro decir que no hay material de más éxito utilizado jamás. Es fácil de trabajar, puede ser fácilmente unido con soldadura, requiere herramientas sencillas para la fabricación, no rompe de manera imprevista (en contraposición a la repentina o catástrofe), y es barato! Ha habido pocos desafíos al trono del acero el mejor material en la últimos 100 años. Desde hace un par de décadas, hemos visto cada vez como se utilizan más aluminio y titanio en bicicletas y se ha utilizado con éxito durante unos 10 años.Pero a partir del 1994, el acero está siendo seriamente cuestionado por una creciente gama de nuevos prometedores materiales. Para obtener más información sobre estos, mantente al día .... La próxima entrega de esta serie "Heady metal" cubrirá el aluminio.

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Buenos días ... tardes ... noche o lo que sea..... En vista del éxito y de la avalcha de respuestas, seguiremos con la tercera parte.Hoy, vamos a ver algo sobre el aluminio.

EL ALUMINO

Aluminio como material para cuadros ha incrementado dramáticamente en popularidad durante las últimas dos décadas. A principios del decenio de 1980, las bicicletas de aluminio eran una novedad muy exclusiva, disponible de sólo por un pequeño y selecto grupo de la gama alta de fabricantes, Alan entre ellos. Luego, en 1982, Cannondale saltó a la escena y comenzó a empujar este material al mercado de consumo. Hoy en día, casi todos los fabricantes tienen bicicleta de aluminio o al menos, algún "chino" que se las haga.

Por otra parte, hay materia prima a raudales para este uso.El aluminio es el metal más abundante en la corteza terrestre.Al igual el magnesio y el berilio (poco abundantes), que también son metales de estructura ligera.La fuente primaria de aluminio es el mineral de bauxita, el nombre procede de la ciudad donde se descubrió por primera vez - Les-Baux-de-Provence, en Francia.Este mineral contiene un hidrato de alúmina (Al2O3 * 2 H2O) con impurezas de hierro y óxidos de titanio.Suena como el único metal panacéa para la industria de la bicicleta, eh? No es verdad, Bueno, lo hemos hecho mejor con las fuentes de titanio y el mineral de hierro, pero...ahí está.

TUBOS HECHOS DE ALUMINIO

El actual proceso de conversión del mineral de aluminio que se encuentra en la corteza terrestre en un tubo adecuado para la construcción de una bicicleta o un cortacésped, es muy complejo, poco elegante y requiere mucha energía. El conveniente principal es el proceso para obtener el aluminio a partir de la bauxita y se que llama el método de Bayer (como el de las aspirinas), porque la comprension de este proceso al detalle nos daría un dolor de cabeza .... Se consume unos 9 kilovatios de energía para producir apenas medio kilo de aluminio - consumo de energía muy por encima de lo que se necesita para obtener el mismo equivalente en acero.Y aunque en la producción de aluminio se recicla al menos del 5 por ciento de esa cantidad de energía, en el aluminio virgen es necesario además mucha más energía para hacer productos procesados, es decir, los que son aplastados, extruidos, estampados,...Dispone de muy poca eficacia energética en su procesamiento.

ALERACIONES

Una serie de distintas aleaciones son producidas a partir del aluminio en bruto.Para la fabricación de bicicletas, los productos de aluminio forjado comúnmente, se utilizan un sistema de designación de cuatro números. Un ejemplo de esto sería la venerable aleación 6061. Según las aleaciones de aluminio, se emplean una etiqueta de tres números, luego un cuarto número para indicar el tipo de proceso.Además ambas aleaciones,(las forjadas y lasfundidas) utilizan otro número que viene al final: Es la designación del temperamento.No cabe duda de que las has visto... T4 o T6 por ejemplo, que figuran después de algunas de las aleaciones: 7075 T6 o 2024 T4,. En él se describe el trabajo en frío, el tratamiento térmico y los procesos de envejecimiento (en su caso) al quel ha sido sometido el material.

El templado tiene un enorme efecto sobre las propiedades mecánicas de muchas aleaciones de aluminio (algunas aleaciones son, y otras no, tratadas térmicamente).Cuando se realiza una soldadura entre y un tubo inferior tipo 6061 con un tubo superior 6061 de un cuadro, la zona de la soldadura adquiere una menor fuerza d eresistencia que antes de que fuese soldado. A continuación, se deberá hacer el tratamiento de calor, para dar "edad" al cuadro, y así volver a re-equilibar el conjunto de tubos y soldaduras para una alta resistencia. Esto no se aplica en el Duralcan, exótico material utilizado en las bicicletas Specialized M2 (Curiosamente, yo tengo una del 92), ya que la base es la aleación 6061 pero con el 10 por ciento de óxido de aluminio por volumen.Y aunque las aleaciones 7005, al igual que el Easton Varilite, no necesitan ser sometidas a tratamiento térmico después de soldadura, lo hacen solo para darle años de edad artificialmente.Con el envejecimiento y el tratamiento por calor, reorganiza la microestrucctura, redes cristalinas, la saturación de los aditivos de la aleación, su posterior precipitación microscopica, y un montón de otros pequeños, pero muy significativos cambios que no voy a discutir.

Las aleaciones que no son tratables con calor, son a menudo reforzadas por el trabajo en frío ( también es conocido como endurecimiento cepa, o endurecimiento por deformación). En lugar de cambiar la estructura de recristalizamiento, el trabajo en frío cambia la estructura a través de la fuerza bruta, como la de rodadura, el estampado, o bién, al enderezar o aplanar el material.Ejemplos de este tipo de aleaciones son los 5086 y 5083, que en la actualidad estamos viendo su uso en algunos cuadros elitistas.

Hay que tener en cuenta que al tratar con calor,(que en realidad debería llamarse el tratamiento térmico) hay dos pasos diferentes.El primero es el tratamiento térmico propiamente dicho, lo que se suele es someter el cuadro entre 700 y 1000 grados durante varias horas.El aluminio es entonces re-templado (en el aire o el agua, dependiendo del tipo de aleación, a temperatura ambiente).Después de eso, el aluminio debe haber endurecido las precipitaciones (también conocido como envejecimiento).

Los elementos de la aleación que entran durante el tratamiento térmico se precipitan a lo largo del tiempo, aumentando la fuerza del aluminio. Hay tipos de aleaciones más sensibles a temperaturas elevadas, el envejecimiento se suele hacer en un horno (de 250 pases a unos 280 grados y de ocho a 36 horas), a fin de que el proceso ocurra más rápidamente. Este proceso es llamado envejecimiento artificial.

PROPIEDADES DEL ALUMINIO

La primera propiedad de aluminio que vamos a examinar es la más fácil de entender, y por ello pasa a ser el aluminio un material conveniente para cuadros . Se llama "densidad". El aluminio, tiene aproximadamente un tercio de la densidad del acero y la mitad que la del titanio. Dado que en la industria ciclista, es tan consciente de ahorro de peso, el aluminio se ha convertido en un jugador muy importante. De hecho, más que aprender sobre los nobles materiales, el futuro se ha decidido a aproverchar el aluminio sin mirar mucho más.

Considere la posibilidad de que algunos de los nuevos materiales compuestos de aluminio tiene un fuerte argumento comparado con venta de un cuadro hecho en CrMo: un tercio de la densidad. Pero debemos de tener en cuenta otras muchas cosas como la combinación con la fuerza y la densidad.A pesar de que el módulo de aluminio dé números mas bajos en comparación con otros materiales comunes, se puede construir aún una bicicleta rígida con él, porque la baja densidad permite construir una bicicleta con tubos de mayor diámetro, sin apenas un aumento de peso .

Al construir una bicicleta con tubos de gran diámetro, la rigidez aumenta de forma espectacular. Y puesto que la densidad es baja, las paredes pueden ser de espesor suficiente para proporcionar un buen compromiso entre resistencia junto con la rigidez. ¿Cómo un cuadro de paseo es rígido en función de su diseño?. Alan y Cannondale son a la vez de aluminio, pero nadie (al menos no de modo consciente) nunca denominan a una Alan "la tieso", ni una Cannondale "la flexible".El primer gran reto o limitación para el aluminio es la elongación. ¿Hasta dónde puede doblar antes de que el aluminio se rompa? En realidad, nunca se conseguirá la medida del titanio, y por lo general ni se acercara a los límites más básicos del acero, es así. Si se aprendido algo de esta serie de artículos, es que se sepa de mirar la combinación de varios factores antes de tomar una resolución.

Es cierto que la baja elongación aumenta el riesgo de de rotura.Con un cuadro (frágil) de elongaciones por debajo de alrededor el 9 por ciento se debería hacer un análisis más exhaustivo de otros factores.Tenemos que mirar también: la fuerza, la dureza, la resistencia y el límite,.. tal vez no merezca la pena.

Lo que encontramos es que el aluminio (con excepción de un par de aleaciones, como la 5086) no tiene un límite de resistencia apropiado. Esto significa que incluso una minúscula carga, si se aplica durante suficiente tiempo, dará lugar eventualmente, a una rotura por fatiga.El Acero y titanio están bien en este sentido, no en cambio el aluminio. Es evidente que hay un montón de bicicletas de aluminio fuera en el monte. ¿Se van todos a romper? No, parece que no de modo inmediato.

¿Cómo diseñar en torno a todo este galimatías? Charles Teixeira, ingeniero de Easton que se encargó de los tubos "Varilite" (Teixeira es un chico inteligente, él sabe de estos materiales). Cuando él diseña estas cosas, presta mucha atención a unas pocas reglas sencillas: Una de ellas es poner el material solo cuando se necesita. Este es un concepto muy simple, pero la gente empieza a perder fácilmente la pista y mira a otros sitios.

Con tubos bien diseñados, se puede hacer que el cuadro más fuerte y ligero.De hecho, mirando en que tamaños de tubo que se ha trabajado hasta ahora el acero, es una excelente manera de determinar qué propiedades que se necesitan para otros materiales distintos. Esto es lo que hizo Teixeira en el diseño de los excelentes tubos Varilite, que salieron al mercado hacia el 1990 y fueron utilizados por primera vez pora Doug Bradbury de Manitou. Estos fueron algunos de los primeros tubos conificados de aluminio para el uso en el mercado de gran espectro.

Trek ya venia realizando bicicletas de aluminio con tubos conificados durante unos años anteriores a eso, pero el uso generalizado no sucedió hasta un par de años después.Klein y Cannondale también tenian proyectos un par de años atrás, y la Specialized M2 simplemente se hace conificada desde entonces.

Los tubos Varilite tienen paredes muy gruesas en las zonas de alto estrés, y cónicas en las áreas que manejan menos estrés. De esta manera, se reparten las dispersiones de estrés por el tubo, y la vida de la estructura se incrementa. No es ciencia espacial, sólo un buen diseño.

OPTIMIZACIÖN DE LAS VENTAJAS DEL ALUMINIO.

Para optimizar las ventajas de aluminio, se tiene que hacer frente a sus desventajas inherentes de este material.Una de las maneras de conseguir esto es mediante un diseño con un amplio margen para el error. Aunque hay muchas situaciones diferentes, Teixeira dijo que una regla de oro es aumentar el material alrededor del tubo y conseguir una fuerza estática hasta tres veces mayor que en una bicicleta de acero.Algo tan sencillo como eso.

Una gran cantidad de factores que entran aquí en juego, por qué no se trata de una simple chapa de hierro (o de aluminio).Una premisa básica es que cuanto menor sea el desplazamiento (flexión), menor es el estrés, lo que resulta menos oportunidades a una indeseable rotura por fatiga.También es bueno para la propagación de tensiones que resalta en los lugares de menor índice carga.Difundir las tensiones por el tubo también permite crear una bicicleta que tenga más resistencia y un mejor tacto, incluso más que en última instancia, la que dé una estructura enteramente rígida.

Luego está el estrés por corrosión, otra limitación.Si nos basamos principalmente el tema del envejecimiento artificial (tratamioentos térmicos), entonces el estrés por corrosión puede acabaría pasando factura. Como se puede ver, tenemos un muy complicado rompecabezas frente a nosotros.

¿Qué es lo que depara el futuro? las perspectivas no está llena de materiales fantásticos y nuevos utilizados anteriormente en el transbordador espacial o por silenciosos rodamientos para el F-16.Habrá avances, pero las aclamaciones formuladas por muchos de los comerciantes en el mercado no solo humo.Hoy día aún es difícil de batir al viejo 6061, cuando se mira como un conjunto de propiedades.De hecho es la más versátil de todas las aleaciones alumínicas hasta hoy, tiene una excelente resistencia tratandose de aluminio y también dipone de una relativa buena elongación.Al igual que el punto comparativo que hicimos con cuadro CrMo de alto grado versus los genéricos CrMo (4130), sabemos que se puede hacer una buena bicicleta con cualquiera de ellos.Es la toma inteligente de diseño en el tubo lo que conducirá a una buena bicicleta.Veremos más información acerca de algunas de las nuevas aleaciones de aluminio y materiales asociados con una mayor fuerza y resistencia en la serie de "especies exóticas", que llegará al final de esta serie, después de comentar de titanio y fibra de carbono.

Tal y como habeís adivinado, la próxima instalación en nuestra serie Metal Heady cubrirá el titanio.

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regin
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Felicitats per el tema
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http://www.amigosdelciclismo.com/mecanica/aluminios/

aqui es pot trovar informació complementaria, molt entenedora.
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regin escribió:
Felicitats per el tema
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http://www.amigosdelciclismo.com/mecanica/aluminios/

aqui es pot trovar informació complementaria, molt entenedora.


Si ya la conozco y es la opinión típica del mercado actual.

Aquí tienes otras opiniones que a mi me parecen interesantes:

http://www.periquito.net/tips/materiales.html
http://www.smartcycles.com/frame_materials.htm


.......... saludetes

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Que jo no digui res no vol dir que no ho llegeixi.

És que estic anclat al "niputedeismo" en aquestos temes.

Només sé que tinc dos bicis d'alumini, un 6061 conificat i hidroformat i l'altre d'alumini scandium que el cuadre en talla L només pesa 1380gr Rolling Eyes
I que la primera bici esta aguantant el maltracte d'una manera espectacular (i que duri!) i la segona no ho tinc tan clar Mr. Green

salut!
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NoZone escribió:
Que jo no digui res no vol dir que no ho llegeixi.

És que estic anclat al "niputedeismo" en aquestos temes.

Només sé que tinc dos bicis d'alumini, un 6061 conificat i hidroformat i l'altre d'alumini scandium que el cuadre en talla L només pesa 1380gr Rolling Eyes
I que la primera bici esta aguantant el maltracte d'una manera espectacular (i que duri!) i la segona no ho tinc tan clar Mr. Green

salut!


Mil.lor per tú i que et duri molt. (Ho dic de debó)

Suposo que la scandium será la G-nesis de Xclusive.El Sr, Calabuig ha vendut tot aquestos cuadres a un preu de riure i sembla ser que s'ha trencat no més, un parell d'els per la part de las vaines (retornats en garantia).Aguant molt per lo que es i es fins i tot, cómodo, pero jo ho trobo massa flexible al pedalar(¿Será per el meu pes?)... propietats curiosas per a una "rara avis" del scandium!!!

Jo ting ara: una d'alumini 7005, un' altre de Duralcan i 4 d'acers diverssos....."No mes" peso 97 kgs...no he trencat mai cap cuadre, pero es molt diferent el tacte i la comoditat del acer.... per no mes una mica mes de pes com contrapartida.Aixo no ho mira ningú en una forquilla si aquesta va bé y no flexa (aquí es mil.lor 2 kg que 1,3 kgs)...es tema de cultura del matketing.

De fet tot aixo no més es vaĺid amb els cuadres rígids i no els de doble suspensió.... ja que no els vol cap (pijor per els)

Saludations

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Xto escribió:

Mil.lor per tú i que et duri molt. (Ho dic de debó)

Suposo que la scandium será la G-nesis de Xclusive.El Sr, Calabuig ha vendut tot aquestos cuadres a un preu de riure i sembla ser que s'ha trencat no més, un parell d'els per la part de las vaines (retornats en garantia).Aguant molt per lo que es i es fins i tot, cómodo, pero jo ho trobo massa flexible al pedalar(¿Será per el meu pes?)... propietats curiosas per a una "rara avis" del scandium!!!

Jo ting ara: una d'alumini 7005, un' altre de Duralcan i 4 d'acers diverssos....."No mes" peso 97 kgs...no he trencat mai cap cuadre, pero es molt diferent el tacte i la comoditat del acer.... per no mes una mica mes de pes com contrapartida.Aixo no ho mira ningú en una forquilla si aquesta va bé y no flexa (aquí es mil.lor 2 kg que 1,3 kgs)...es tema de cultura del matketing.

De fet tot aixo no més es vaĺid amb els cuadres rígids i no els de doble suspensió.... ja que no els vol cap (pijor per els)

Saludations


Efectivament és una Xclusve G-nesis sense pintar i correcte em va costar 4 duros.... i espero que duri una bona temporada més que res pq es la "segona" bici Wink

En quant a la forca, totalment d'acord encara que jo porto una de bastant lleugera pel recorregut que dóna (2kg - 150mm).

Amb aquest "magatzem" em sembla que ja sé qui ets jejejejje

salut!
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Mil.lor per tú i que et duri molt. (Ho dic de debó)

Suposo que la scandium será la G-nesis de Xclusive.El Sr, Calabuig ha vendut tot aquestos cuadres a un preu de riure i sembla ser que s'ha trencat no més, un parell d'els per la part de las vaines (retornats en garantia).Aguant molt per lo que es i es fins i tot, cómodo, pero jo ho trobo massa flexible al pedalar(¿Será per el meu pes?)... propietats curiosas per a una "rara avis" del scandium!!!

Jo ting ara: una d'alumini 7005, un' altre de Duralcan i 4 d'acers diverssos....."No mes" peso 97 kgs...no he trencat mai cap cuadre, pero es molt diferent el tacte i la comoditat del acer.... per no mes una mica mes de pes com contrapartida.Aixo no ho mira ningú en una forquilla si aquesta va bé y no flexa (aquí es mil.lor 2 kg que 1,3 kgs)...es tema de cultura del matketing.

De fet tot aixo no més es vaĺid amb els cuadres rígids i no els de doble suspensió.... ja que no els vol cap (pijor per els)

Saludations


Efectivament és una Xclusve G-nesis sense pintar i correcte em va costar 4 duros.... i espero que duri una bona temporada més que res pq es la "segona" bici Wink

En quant a la forca, totalment d'acord encara que jo porto una de bastant lleugera pel recorregut que dóna (2kg - 150mm).

Amb aquest "magatzem" em sembla que ja sé qui ets jejejejje

salut!


SIIIII.... soy ese!!!!

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LoJaume
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Xto escribió:
Tal y como habeís adivinado, la próxima instalación en nuestra serie Metal Heady cubrirá el titanio.


pues venga con el titanio ese, no?


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regin
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Shocked Después de apasionarnos con el tema, nos hemos quedado colgados, pendientes de la continuidad.
XTO ¡animate...!
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He estat de vacances!!!!!!

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regin
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Como el tema está apagado adjunto una muestra de varias ¿bicicletas?
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Ahí va y que os pase nada.....

Volvemos al ataque con otra entrega sobre los materiales usados en la construcción cuadros y su influencia en el comportamiento en general.Recordemos que tan importante es el material como lo es la extructura para conseguir las finalidades esperadas.De todos los materiales metatalúrgicos existe uno que posee la aureola de cuasi-perfecto.Por él muchos suspiran.Pués vamos a por él.

La asociación internacional para el desarrollo de cuadros, menciona al titanio como "el material de elección," y hay un montón de gente en la industria de la bicicleta que estaría de acuerdo con esta afirmación.En esta cuarta parte de nuestra serie metalurgia, trataremos de un misterioso y costoso metal: el titanio. Su reputación dentro del sector es excelente: peso ligero, fuerte y la resistencia a la fatiga de por vida, ... y una etiqueta de precio muy alto, para empezar. Así que vamos a descubrir que características físicas dan a este tipo de material, el titanio, una reputación envidiable.

De entrada , el titanio no es tan raro como se podría pensar, se trata en realidad del cuarto elemento más abundante en la tierra, después del aluminio, el magnesio y el hierro. De hecho, hay mucho más titanio en la corteza terrestre que cromo o molibdeno, dos de los ingredientes esenciales que acompañan al hierro utilizado en los tubos de acero para bicicletas

La densidad y otras propiedades

Como ya hemos visto con anterioridad, la densidad es la característica principal del aluminio. Este es un ámbito en el que brilla también el titanio y aunque su densidad es casi el doble que la del aluminio, pero también es el 56 por ciento menos denso que el acero.

La segunda propiedad es la rigidez, o el módulo de Young (E). El titanio que es utilizado en la mayoría de los cuadros de bicicleta tiene una E, de alrededor de 15 millones de libras por pulgada cuadrada - aproximadamente la mitad que la de acero. Esto significa que el acero y el titanio son aproximadamente comparables cuando se trata de la relación "resistencia-peso".Anteriormente, hemos aprendido que la rigidez de un cuadro depende tanto de la concepción y como de las propiedades del material utilizado. Lo mismo puede decirse del titanio, puede proporcionar flexibilidad o rigidez, dependiendo de la ejecución del cuadro. Debido a la relación del titanio entre la alta resistencia, la baja densidad y un moderado módulo, la mayoría de los fabricantes eligen diámetros de tubo que proporcionen una cierta flexibilidad o amortiguación.Para empujar hacia abajo el titanio, el módulo se convierte en un problema, porque entonces el cuadro se pone demasiado flexible. En este caso, estoy hablando de cuadros que pesan poco menos de 1,5 kgs. Los cuadros ultra-ligeros no son una tarea fácil en cualquier material y de entre ellos, el titanio tampoco es la excepción.Muchos cuadros ultra-ligeros de titanio son verdaderos columpios.

Ti's Real Plus: Elongación y resistencia a la tracción

Por lo tanto, obtiene el titanio el segundo lugar en comparación con el acero (mejor rigidez) y con el aluminio (mitad de peso) en las dos primeras propiedades que hemos examinado. Pero cuando nos fijamos en propiedad Nº 3, la elongación, es de titanio está por delante. Esta es la propiedad que define en qué medida se doblará un material antes de que se rompa, una especie de factor de seguridad para constructores de cuadros.

El índice de elongacion del titanio esta entre el 20 y el 30 por ciento. En comparación, los aceros puede ser del 10 al 15 por ciento, los aceros de mayor resistencia y extrema rigidez pueden llegar a ser tan bajos como 6 por ciento.El Aluminio normalmente se encuentra en el 6 y el 12 por ciento.Las cosas sin mucha elongación se dice que son frágiles.Un cuadro quebradizo no es una buena cosa.

La resistencia a la tracción del titanio también es excelente.El tratamiento en frio alivia el estrés del límite elástico de la aleación 3/2.5 (que es la aleación que encontramos habitualmente en bicicletas) y es típicamente 100-130 KSI o más. Esto es casi comparable con muchos aceros que encontramos en las bicicletas, recordad también, que esto se consigue con casi la mitad del peso.Y ni tan siquiera hemos hablado aún de de la dureza a la fractura y de la resistencia límite.

Resistencia a la fatiga

La resistencia a la fatiga es otra propiedad donde realiza el titanio un gran trabajo (A estas alturas, os debeis estar preguntando: "¿Es que nunca va a decir nada malo acerca de titanio?").Como se ha explicado en las anteriores entregas, no hay una medición definitiva de resistencia a la fatiga que nos diga la forma en que el material se comportará al realizar un cuadro.Las bicicletas son sometidas a fuerzas en cantidades variables de forma aleatoria y de forma cíclica. Estas cargas se deben mantener por debajo de un cierto nivel.El titanio y el acero, ambos tienen umbrales por debajo de la cual, nunca fallan. Casi ninguno de los cuadros de aluminio (incluidos los materiales compuestos de matriz de metal como el Duralcan), el magnesio o el berilio utilizados en la fabricación de bicicletas, han definido un límite de resistencia, por lo que se necesita diseñar en su conjunto, como se explicó la última vez.

Ahora a por las malas noticias ....

Los aspectos negativos de titanio son varios, y van a impedir al titanio se convertirta en el material omnipresente del mercado. En primer lugar, es caro. No sólo el coste de la energía utilizada para extraer el metal es costoso, también los requisitos de procesamiento intensivo en función de los costes.

Los otros problemas tienen que ver con la fabricación.Todos habeis oído hablar sin duda de que el titanio que es difícil de soldar y de mecanizar.Pero lo que no puede hacer nunca, es cortar dejando esquinas con titanio.El procedimiento meticuloso es esencial. Sin ello, se corre el riesgo de contaminación en las soldaduras, lo cual puede resultar catastrófico.Todo un fracaso de cuadro.

En una ocasión, en la antigua Copa Cactus, un chico con una bicicleta de titanio, tenía la pipa de dirección recién separada de los tubos.Una rápida inspección ocular puso de manifiesto que las soldaduras estaban contaminadas. El mecanizado del titanio puede ser un sueño o una pesadilla, dependiendo del procedimiento. Si se utiliza la velocidad adecuada, y las herramientas correctas de corte, se mecaniza maravillosamente.

Así que si el acero es impugnado por "una densidad elevada" y el aluminio lo es por "falta de resistencia" ¿A qué retos se enfrentan el titanio?...respuesta: El Módulo el Biggie.( ¿A que suena a chino?, pues ya se comentó este problema con su "primo" el acero: el efecto de barril de cerveza)

Si queremos construir nuestras bicicletas con mayor resistencia, incluso usando titanio 6 / 4, el módulo permanecerá en el mismo lugar. Al obtener paredes más delgadas y los diámetros más grandes, la rigidez sube y baja de peso, pero solo para entrar en la próxima generación de cuadrod con reducción de peso utilizando tubos convencionales y con este método, las paredes serían tan delgadas que el pandeo resultará un problema irresoluble.Sin embargo hay maneras de miminizar este temido pandeo.Varios fabricantes ya disponen de bicicletas de titanio con conificados internos, conificados externos o alguna combinación de ambos.Hay que ver el desarrollo de este ámbito como una forma de continuar explorando los límites del peso ligero, con un adecuado diseño que dé como resultado, un cuadro fuerte y ligero, pero con suficiente rigidez.

¿Será el titanio considerado como el material de elección en el futuro? Su posición y reputación como metal mágico probablemente no va a ser cuestionado por un tiempo. Pero aún así, los fabricantes de aluminio buscarán algún tipo de acción al respecto, es la evolución de su oficio, y cuyos cuadros son cada vez más fuertes, baratos y ligeros, dando al cliente una excelente relación calidad-precio.No obstante la gente del titanio no se quedarán cruzados de brazos, mirando lo que ocurre.Litespeed ya está empujando los precios a la baja con excelentes cuadros de carretera y de montaña en la gama de los 1000 €. A pesar de la barrera de precios, que probablemente no serán compartidas, las mejoras continuas en la formación de tubo y las técnicas de fabricación mantendrán la demanda de titanio y la reputación de este material en alto... incluso se reforzará.

Una paradója curiosa sobre este material es que, aún siendo cuasi-perfecto y apreciado por cualquier aficionado, no se han visto apenas cuadros de este material en competición.Esto no es debido como algunos creen, solo al elevado precio.En el mundo de la competición esa no es la primera premisa.El precio es relativo.El problema subyacente estriba siempre en que se busca la ligereza extrema y rigidez, aún sacrificando las grandes virtudes que ofrecen estos materiales.El titanio o el acero por ejemplo, pueden ofrecerr al aficionado más recalcitrante en el placer real de la conducción de una bicicleta.Aqui se ve claramente como los cuadros mas exigentes y aptos para la competición extrema, pueden ser "secos" y "aburidos" en el uso cotidiano o en las salidas puntuales para muchos otros aficionados de a píe.Por esta razón existen tantos materiales, extructuras y pocas ganas de desaparecer del mercado exclusivo, donde si se aprecian esas otras virtudes.Así que tenemos titanio y acero para rato.Larga vida.

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Como no veo mucho interés por los "ladrillos" he reducido al mínimo el siguiente.A pesar de ello, sigue siendo "tocho".

Saludos
Xto

La inefable fibra de carbono

Hasta ahora hemos hablado sobre cuadros basado en metales, materiales que han dado a nuestra civilización todo el sentido.Pero una nueva generacion d materiales amorfos, pululan desde hace unos años, no tan solo reclamando un nicho en el sector, si no la supremacia como material por excelencia para contruir un cuadro.Muchos creen que es así: Los Composites (compuestos) y en especial los de "fibra de Carbono" amenazan con implantarse ......... y quedarse.

El maravilloso mundo de los composites (compuestos)

Es común utilizar los términos de fibra de carbono y composites de modo indistinto, a pesar de que todos los compuestos no son de fibra de carbono.Por ejemplo, tanto la madera contrachapada y el hormigón son materiales compuestos.El término compuesto se refiere a las combinaciones de diversos materiales que se traducen en una propiedad mayor de conjunto, propiedades que no pueden dar los materiales por sí solos (hormigón es un compuesto de cemento, arena, grava y agua).

En términos técnicos, estos compuestos son generalmente conocidos como los materiales en los que unas partículas, fibras cortas o fibras largas se encuentran dispersas en una matriz.En el caso de la matriz de metal "Duralcan", compuesto que se encuentra en la veterana Specialized M2 (tengo una), son particulas óxido de aluminio que están dispersos en una matriz de aluminio 6061, mientras que en los compuestos avanzados, los tipos que ahora son utilizados para construir bicicletas modernas, son fibras embebidas en una matriz por lo general resinas de tipo epóxica.Para calificar como a un compuesto como avanzado, por lo general se supone que las fibras deben ser continuas y con un volumen superior al 50 por ciento de fibras en el compuesto.Estas fibras deben tener propiedades mecánicas superiores a la clásica fibra de vidrio.Las mallamadas "Fibras de carbono" puede ser: Kevlar (una aramida), boro, cerámica, carburo de silicio, cuarzo, polietileno ... y probablemente otros de los que no se conoce ni el nombre y que son secretos muy bién guardados de la industria.

Un léxico simple

Aquí hay una explicación simplificada de como vamosa utilizar los términos.Una FIBRA es un solo refuerzo del material.Un MONOJO DE FIBRAS continuas y paralelas están unidos con un adhesivo, o matriz. Una sola CAPA de esta matriz se llama capa, lona y cuando son múltiples se establecen hasta formar un LAMINADO.Las lonas pueden ser colocadas en diferentes ángulos para producir diferentes características en los laminados.Si ha omitido otros términos utilizados en esta serie, al igual que la resistencia a la tracción y elongación, ya que se comentaron con anterioridad, pero serán esenciales para la siguiente explicación.

Las cifras parecen buenas

Si nos fijamos en los números de los que pueden presumir sobre el papel la fibra de carbono, la sensación podría ser que es una locura o una tontería el construir bicicletas con cualquier otra cosa que no sean estos compuestos. Pero ya se sabe que los números no son lo único que hay que tener en cuanta, se necesita tambien ver la letra pequeña.Con la fibra de carbono se puede casi tirar por la ventana la mayor parte de lo aprendido anteriormente.

Sí es cierto que las posibilidades de los materiales compuestos en un cuadro son tremendos.Lamentablemente, los resultados de algunos poyectos de cuadros compuestos de bicicletas han sido poco más que satisfactorios.Hay razones que explican esta alta tasa de fallos en los cuadros compuestos, pero la culpa no es siempre del material.Esto os puede parecer difícil de creer, pero incluso en ocasiones se cometen errores con los cohetes científicos.La situación es similar a lo que sucedió con el titanio en el decenio de 1970.Teledyne realizó algunos cuadros que fallaron extrepitosamente, no porque el material fuese malo, sino porque el diseño o la ejecución del diseño era malo.Cosas similares han ocurrido con los compuestos y la imagen del material no es tan buena como debería ser.

Subestimar la complejidad de un cuadro de bicicleta es el peor de los errores del diseñador.Dado que las estructuras de fibra de carbono no son muy tolerantes a errores (a diferencia de estructuras metálicas), el diseño y ejecución, desempeña aquí una función aún más importante.A veces, la culpa no está en sí en el diseño o ejecución de la estructura.La culpa puede ser simplemente que una piedra entre en contacto con el tubo inferior.Si bien el tubo podría no dejar marcas aparentes del impacto, las consecuencias quedarian generalmente ocultas en el interior del laminado.Micro-rupturas se puede ir difundiendo a través de la matriz, disminuyendo la capacidad de la fibra a la transferencia de carga.El metal tiende en estas situaciones a hacer esto bastante mejor, pero tambien hay cuadros de metal que se rompen sin previo aviso.

Lo que está claro es el hecho de que los materiales compuestos son muy complejos ... más complejo que los metales. Además de que el material en sí mismo tenga una mayor complejidad, las estructuras no son tan sencillas como estructuras metálicas.El diseñador de una estructura metálica tiene dos variables básicas: el material de elección y configuración geométrica (como el tamaño deltubo, las formas y espesores).Los "sonados" de los compuesto no sólo han de tener en cuenta las dos mismas variables que los metales, también han de llegar a determinar la forma en que la matriz en que estará establecida.Hay que tener en cuenta que dos estructuras de idéntica configuración geométrica, de peso y material usado, pero con diferentes orientaciones de laminados, podría producir un resultado completamente diferente.No sólo es posible que variara sencillamente la rigidez.La capacidad a la fractura y modos de fallo, también podŕían variar enormemente.Y los tipos de fallo de estructuras compuestas son abundantes: la explosión del laminado, tirando de fibras libre de la matriz, fallos intercapas, matriz con grietas, delaminación,..... Y yo que pensaba que el diseño de una bicicleta de metal era duro ....

Otra dificultad a añadir a todo esto es la forma geométrica de la imagen.Se puede hacer un cuadro con tubos y "racords" como las primeras Trek o Giant, pero también se puede realizar en una nueva forma de diseño propio, al igual que hace Kestrel o Look con sus monocascos. Con "racords" y tubos, el diseñador, al menos tiene cuadros de metal con los que comparar, pero con una forma nueva, todo un nuevo conjunto de ecuaciones tiene que ser desarrollado.

Resistencia a la tracción y resistencia a la compresión

Echemos un vistazo a las propiedades físicas que han ya sido examinadas ya con aluminio, titanio y acero , y ver dónde encaja en carbono o donde no se ajusta. La manera en que se mide en el laboratorio es por un ensayo a la tracción. En un ensayo de TRACCIÓN, la tensión que usamos para tirar de una muestra hasta que se rompe. Imaginemos que estamos tirando en un conjunto de fibras de carbono, haciendo un ensayo de tracción.La fibra de carbono funciona bien en un ensayo de tracción, en realidad, la realiza muy bien.

Pero ¿qué pasa con el comportamiento de la compresión de carbono? No es demasiado bueno por sí mismo, algo así como con un plato de espaguetis.Se necesita algún tipo de adhesivo para mantener las fibras juntas (matriz), y dar al material resultante compresión, así como resistencia a la tracción. La matriz conecta todo este lío desorganizado de fibras mediante la transferencia de carga entre fibras y entre lonas.Dado que la matriz y la fibra se combinan para hacer el compuesto en conjunto, vamos a ver que resultados comparativos dan.

Densidad y Módulo

A riesgo de ser acusado de comparar manzanas con naranjas, voy a dar algunas directrices genéricas para la fibra de carbono.Hay muchas maneras diferentes de ver las cosas y yo sólo estoy haciendo una comparación en aras de la continuidad de la serie. La DENSIDAD de su laminado está en proximidades de 0,056 libras por pie cuadrado, lo que representa aproximadamente el 60 por ciento del peso de aluminio, nuestro anterior ganador en ligereza.El MÓDULO genérico (alto Zoot) fibra de carbono es de alrededor de 30 a 33 MSI, o sea alrededor del 10 por ciento más alta que la de acero, que es el más rígido de los tres materiales que antes hemos visto

Cuando añadimos el epoxy en la mezcla, las cosas empiezan a poner interesantes. Un laminado bien hecho tendrá entre un 62 a 65 por ciento de fibras por volumen. La "Regla de Mezclas" dice que el módulo es proporcional al porcentaje de fibra en la matriz, ya que prácticamente todas las propiedades mecánicas resultantes proceden de la fibra usada.En otras palabras, las fibras llevan la transferencia de la carga de la matriz. Por lo tanto, si empezamos con módulo 30 MSI, con sólo la contribución del 65 por ciento de toda la matriz, en aproximadamente dos terceras partes, para nuestro módulo quede de 18 a 21 MSI.Todavía no está demasiado mal: la densidad es de un tercio de titanio, y el módulo está en torno al 25 por ciento más alto.

En la medición de este módulo, la dirección es sólo en grado cero, que es la dirección paralela a la fibra en las capas y como sabemos, en las bicicletas se hace mucho hincapié en que se aplicará en diferentes direcciones.En esta matriz hace un buen trabajo las fibras.Vamos a rotar las capas de modo que el módulo se mida perpendicular a la disposición de las fibras.Ahora se lee que el módulo es patético: 1,5 MSI o algo así.Esencialmente estamos viendo el módulo de la resina epoxy. Aaaagh!!!!! El módulo disminuye precipitadamente entre cero y 30 grados, dando resultados bajísimos a 90 grados.Esto es importante porque los tubos de la bicicleta (o estructuras) están siempre sometidos a cargas de torsión, así como longitudinales.¿Cuál es la respuesta a este problema? Añadir capas de lonas que se encuentran en diferentes ángulos (a menudo 45 grados) a la capa inicial de cero grados.El resultado es un módulo de aproximadamente 10 a 14 MSI, todavía no está demasiado mal.Una vez más, estos números son genéricos en aras de una comparación simplista.

Lo qué si es extremadamente bueno al establecer un laminado, es que se puede dictar las características exactas que deseamos que tubo o estructura tenga.Rígida a la torsión, suave en flexión.Suavidad y rigidez ambos en una misma extructura.Nosotros determinamos las características del material, no lo dictan ellos.A este fenómeno se llama anisotropía, y simplemente no puede hacer con el metal.


Ahora a por las malas noticias: el eslabón más débil del carbono es la ELONGACIÓN.Es el alargamiento de seguridad, pero con el carbono es baja, baja, baja.En función de establecer medidas complementarias, es posible obtener alguna mejora al alargamiento con carbono. Por ejemplo, con un corte de lonas de capas en 45 grados, pero en general estamos tratando con un material que no tiene una sobreabundancia de ductilidad.De los diseños a base de compuestos no son aptos para ser doblados permanentemente.Y cuando falla, no lo hacen todos a la vez, por lo que los diseñadores construyen una gran red de seguridad.Esto es similar a lo que los diseñadores hacer con el aluminio, con el fin de superar baja la elongación del material.La mayoría de los fabricantes son muy reservados acerca de sus diseños, el obtener buena información no siempre es fácil.A través de la técnica manual (empírico), Trek ha buscado valores específicos (un compromiso) que la empresa acepte y que mide el módulo dividido por la densidad.Datos ofrecidos de estos números de rendimientos alcanzan ya de un 8 MSI para el módulo del Trek OCLV.

La FUERZA de los materiales avanzados compuestos es muy alta. El grado de fuerza cero para el carbono (el elemento fundamental del laminado) es como norma mejor de 300 KSI.Viendolo a "grosso modo", la fuerza del laminado está aún muy por encima de 100 KSI, y esto con una densidad muy baja.Trek específica rendimientos de fuerza en última instancia de valores de unos 115 KSI.Observar los 8 MSI y 115 KSI que Trek anuncia pora su laminado, y compararlos con el del aluminio.Este carbono tiene alrededor de 20 por ciento de menor rigidez, pero es de 40 por ciento más ligero, y la fuerza es aproximadamente el doble, sin dejar de ser siempre el 40 por ciento más liviano.Números muy impresionantes.

Un brillante futuro
¿Cuál es el futuro de los compuestos avanzados? Su reputación va, sin duda, en aumento. En estos días, la mayoría de los horribles y feos proyectos en carbono están lejos y ya hay varios cuadros de gran éxito en las líneas de producción.Los dos más grandes jugadores en este momento son probablemente Trek OCLV y Giant, que comercializa sus bicicletas bajo diferentes nombres de marca además de su propia denominación.Es fafíl adivinar que hoy día ya se venden probablemente en el mundo, diez o más veces bicicletas de fibra de carbono que bicicletas de titanio.Tal vez sea sorprendente, si se tiene en cuenta todo el bombo y platillo que ha recibido el titanio. Pero cuando se mira a la forma poco costosa de un cuadro Trek o Giant en carbono es producido, esto comienza a tener sentido.

El futuro de la bicicletas de compuestos es probable paralelo a de las plataformas de aluminio, el material en si será mucho menos importante que los avances en los métodos de proceso y la ejecución con estos prometedores materiales.Su mejor ventaja.

Ufff....

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Trimarc
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Mensajes: 1


Responder citando
Bones,

Sóc estudiant d'ingenyeria mecànica i estic fent un projecte sobre quadres de bicicleta. Estudi geometric, de material, ...

He vist tota aquesta informació (molt bona) sobre materials utilitzats en els quadres. Podries indicar-me d'on has tret aquesta info? El llibre el qual hi és tot?

Merci,
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Materiales usados en los cuadros.

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