In risposta a un'altra domanda sui materiali del telaio, ho pensato che potesse essere utile iniziare con una domanda più rispondente. Una risposta per materiale, per favore, con un esempio di telaio di una bicicletta che utilizza quel materiale.

Si prega di utilizzare il formato che ho usato nelle mie risposte per facilitare il confronto dei materiali.

Non vedo alcun danno nell'avere tutte le oltre 400 leghe di acciaio elencate se qualcuno vuole farlo, ma "l'acciaio" deve essere specificamente acciaio dolce di bassa qualità piuttosto che una lega specifica. Allo stesso modo per alluminio, titanio, magnesio e altri metalli.

Per i compositi, compresi i compositi metallici, preferirei ancora esempi specifici con dettagli (c'è una grande differenza tra il cemento armato in acciaio e i compositi in kevlar / poliestere). Mi piacerebbe anche vedere bici strane e meravigliose incluse.

materiale

(ovvero indicizza le risposte. Aggiorna i link quando aggiungi una risposta):

metalli

• Moto in alluminio
  • Alluminio
  • Scandio - lega di alluminio
• Bici in acciaio
  • Columbus Steel (non ancora scritto)
  • ChromeMoly Steel (non ancora scritto)
  • Gaspipe Steel
  • Ishiwata Steel (non ancora scritto)
  • Kaisei Steel (non ancora scritto)
  • Acciaio dolce
  • Reynolds Steel (necessita di estensione)
  • Tange Steel (non ancora scritto)
  • Vitus / Super Vitus Steel (non ancora scritto)
• Titanio
• Berillio
• Oro (puro) (teorico)
• Magnesio (non ancora scritto)

Organico

• Bambù
• Ossatura
• Moto in legno
  • Legno intagliato
  • Compensato (composito)
  • Legno (telaio completo e bicicletta)
• Cartone (non ancora scritto) ( /bicycles//a/44582/20060 ) **

Compositi e polimeri

• Fibra di carbonio
• Fibra di lino (90% lino, 10% carbonio)
• Plastica

Layout specifico

• Cavi alias Tensegrity o Integrità tensiva
• Stampa 3D (non ancora scritta)

Ossatura

Densità media 1,84 g / cm³ per osso secco.

Questo sarebbe un materiale piuttosto brutto per un telaio da bici, ed è abbastanza probabile che qualsiasi bici da osso abbia davvero un nucleo di metallo nel mezzo.

Vantaggio

• Fattore di shock o come parte di un costume ("La morte cavalca un cavallo pallido")

Svantaggio

• Le ossa non sono particolarmente strutturali da sole. Uno scheletro è fatto anche da tendini, cartilagini e tessuti molli.

• Durabilità: le ossa che si seccano diventano fragili e si spezzano facilmente.

• Intollerante - Una crepa potrebbe passare da un'attaccatura minore a una pausa completa molto rapidamente.

Acciaio dolce

La densità varia da 7,75 a 8,05 g / cm3

Molti BSO sono realizzati in acciaio dolce o in acciaio riciclato con così poca cura per il suo trucco che è effettivamente acciaio dolce. Gli esempi includono questa bici KMart . Questa domanda sull'identificazione di BSO ha di più.

vantaggi

• economico da acquistare
• facile da lavorare: la tecnologia è comune e i macchinari sono convenienti
• facile da riparare: se la tua bici è in acciaio, puoi ripararla con una forgia se necessario, quindi è più riparabile rispetto a qualsiasi altro materiale del telaio.

svantaggi

• debole / pesante - per una data resistenza, è necessario più acciaio dolce rispetto ad altri materiali comuni per telai.
• ruggine: schegge nella vernice o immersione in acqua causano la corrosione del telaio.

Titanio

Densità 4,506 g / cm³

vantaggi

• Il titanio ha molte caratteristiche positive che lo rendono ideale per la costruzione di telai di biciclette. Il titanio ha un eccellente allungamento, resistenza alla trazione e resistenza alla fatica. I telai in titanio possono generalmente essere costruiti leggeri come un telaio in alluminio, ma con una durata molto maggiore simile a (o più lunga) di un telaio in acciaio.
• Il titanio ha una straordinaria resistenza alla corrosione, anche in un ambiente aggressivo come l'acqua di mare, e non richiede verniciatura o rivestimento. Ciò si traduce anche in una manutenzione più semplice, poiché piccoli graffi e imperfezioni non causeranno problemi senza ricoprire.
• È possibile realizzare una montatura "high end" leggera e resistente con titanio che durerà a lungo. Il titanio è attualmente il materiale preferito per i telai personalizzati e unici. È conveniente (relativamente parlando) progettare e costruire un singolo telaio in titanio, mentre altri materiali "di fascia alta" (come il carbonio) sono proibitivi per progettare e costruire un singolo telaio.

svantaggi

• Il titanio è un materiale costoso. I prezzi delle materie prime sono spesso più alti rispetto ad altre opzioni di metallo. (A parte l'oro puro , forse).
• Il titanio può essere difficile da lavorare. Il titanio richiede diverse procedure per la lavorazione e la saldatura. La mancata osservanza di queste procedure può portare a saldature contaminate che falliranno.
• Il titanio è un cattivo conduttore di elettricità, quindi il telaio non può essere utilizzato come una gamba di un circuito di illuminazione.

compensato

Densità

• 0,46-0,52 g / cm ^ 3 per compensato di conifere
• 0,62 g / cm ^ 3 compensato misto
• 0,68 g / cm ^ 3 per compensato di betulla

Tecnicamente un materiale composito, il compensato è stato utilizzato in diversi modi per realizzare telai per biciclette. I due più ovvi sono come materiale in foglio e come materiale lineare.

vantaggi

• il legno è facile da lavorare (gli strumenti sono economici e prontamente disponibili)
• il compensato è facile da trovare

svantaggi

• ancora più debole dell'acciaio dolce, rendendo difficile il design e il telaio pesante
• composito epossidico, quindi le resine (colla e sigillante) devono essere scelte con cura e possono essere tossiche
• le parti chiave del telaio saranno ancora in metallo, o si dovrà fare uno sforzo per renderle in legno.
• la durabilità non è eccezionale (anni anziché decenni)

Sawyer bike di Jurgen Kuipers via CityLab

BONOBO PLYWOOD BICYCLE via CycleExif

_{(fonte: coocan.jp )}

Biciclette in mogano SANOMAGIC di Sueshiro Sano

Polimero rinforzato con fibra di carbonio

La densità varia da 1,75 a 2,0 g / cm3 e varia a seconda del tipo e del layup.

I telai in fibra di carbonio (CF) sono realizzati con fogli di fibre di carbonio inseriti in una resina polimerica, generalmente epossidica.

Nel 1975 appare la prima bici tubolare CF, la Exxon Graftek, aveva alette in acciaio ed era soggetta a rotture. Questo è stato seguito nel 1986 da Kestrel e Trek rilasciando biciclette full-frame con telaio in CF.

Un esempio moderno e di fascia alta di una bici in fibra di carbonio è un Pinarello Dogma F8 che è guidato dal Team Sky e quindi anche dal Team Bradley Wiggins.

Sebbene Sheldon Brown e altri non siano molto entusiasti della CF, c'è una grande opinione che la CF sia il miglior materiale per correre e correre velocemente.

vantaggi

• Un rapporto rigidezza / peso molto elevato può portare a telai rigidi ma molto leggeri.
• La CF ha una forza direzionale che significa che, a seconda dell'allineamento delle fibre, può essere utilizzata per realizzare telai rigidi durante il trasferimento di potenza ma conformi quando assorbono le vibrazioni della strada.
• CF è in grado di formare una vasta gamma di forme, il che significa che i tubi con profilo aerodinamico possono essere creati più facilmente rispetto ai metalli.
• La CF non si consuma allo stesso modo dei metalli, il che significa che teoricamente può avere una durata indefinita perché non si usura con forze regolari. CF non è soggetto a corrosione anche senza rivestimento / vernice.
• Sebbene il processo di lay-up richieda molto tempo, non richiede alti livelli di abilità. Ciò significa che i lavoratori meno qualificati sono in grado di produrre telai CF.
• Forse ad alcune persone piace l'aspetto e lo stato di una bici CF. Ricordo quando ho preso per la prima volta una bici CF come i miei amici non ciclisti avrebbero pensato che fosse una specie di astronave e volevo sollevarla solo per sentirne il peso.

svantaggi

• I frame CF sono costosi a causa del lungo tempo necessario per posare a mano tutte le singole strisce di CF.
• I telai CF (o qualsiasi parte) richiedono un assemblaggio più attento e qualificato. È necessario utilizzare un lubrificante speciale per evitare che le parti si uniscano e CF non tollererà il serraggio eccessivo e il metallo.
• I frame CF tendono a danneggiarsi facilmente. Poiché la CF ha una forza direzionale, significa che è meno resistente alle forze a cui non è progettata per essere esposta, ad esempio gli urti. Quando le forze vengono applicate in modo tale che le fibre CF non sopportino la deformazione, è la matrice polimerica che prende tutta la forza e quindi si rompe più facilmente.
• Allo stesso tempo, il danno è spesso impercettibile. Laddove un telaio metallico presenterà un'ammaccatura o una piega visibile, un telaio CF potrebbe apparire integro, ma in realtà potrebbe delaminarsi internamente, causando in seguito un improvviso fallimento imprevisto.
• CF non è facilmente riparabile; infatti molte persone direbbero che non può essere riparato. In ogni caso, se un costoso telaio CF viene rotto, probabilmente non vorrai correre di nuovo su di esso nel caso in cui vi sia il rischio di un improvviso fallimento del lavoro di riparazione.
• Le bici CF perdono rapidamente il loro valore. Se acquisti una bici CF è probabilmente perché vuoi correre su di essa o almeno guidare veloce, quindi acquisti qualcosa che è all'avanguardia della tecnologia per il tuo prezzo. tuttavia, poiché la tecnologia della bici CF è migliorata molto rapidamente negli ultimi due decenni e sta ancora migliorando ora, significa che il tuo acquisto sarà rapidamente obsoleto dalle bici più recenti.
• Molte persone che acquistano bici CF finiranno con una bici che supera di gran lunga le loro capacità. Un guidatore del discente non andrà molto più veloce in una Porsche 911 che in una Nissan Micra. Le persone si innamorano della richiesta di marketing delle bici CF come unica opzione per acquistare una buona bici o che è il modo migliore per accelerare piuttosto che allenarsi di più e perdere qualche chilogrammo.

Bicicletta solo legno

Questo è più un esempio di ciò che è tecnicamente possibile, piuttosto che un materiale particolarmente pratico.

advantanges

• valore rarità / shock

svantaggi

• difficile realizzare cuscinetti in legno
• molti compromessi per le prestazioni richieste a causa delle limitazioni del materiale

Pura bicicletta di legno di Slawomir Weremkowicz (via BuzzHunt)

Oro zecchino

nota: questa foto non è una bici in oro puro, è solo placcata.

Questa risposta non è stata fatta nella vita reale, ma ha fatto molte discussioni sotto Potresti realizzare un telaio per bici in oro 24kt?

Vantaggio

• Fattore Bling - sembra "WOW" Una manifestazione bohish di ricchezza volta a colpire altri boor.

svantaggi

• Punti di forza e indurimento del materiale: l'oro non si indurisce se riscaldato e spento, come l'acciaio

• Deformazione - gli abbandoni avrebbero una vita molto limitata perché si schiaccerebbero sotto pressione. I tuoi abbandoni dovrebbero essere fatti di qualcosa di meglio dell'oro.

Per i due motivi precedenti, ruote e raggi, assali, pedivelle a cassetta, cuscinetti, parti dei freni, cavi bowden, cerchioni, nippli e dadi non potevano essere realizzati in oro.

• Abrasione: l'oro puro non è molto resistente all'usura. Ecco perché i gioielli di tutti i giorni sono spesso realizzati in oro 9 o 18 carati, non in oro puro 24 carati. La tua bici d'oro inizierebbe a fregare su tutto ciò che ha sfiorato. E qualsiasi tipo di incidente potrebbe lasciare una pioggia di polvere d'oro sull'asfalto. Più su quello qui sotto.

• Peso: l'oro è di 19,32 grammi per centimetro cubo. L'acciaio varia da 7,75 a 8,05 g / cm ^ 3 e l'alluminio è di 2,7 g / cm ^ 3 La fibra di carbonio è più difficile da fissare, ma la fibra stessa è compresa tra 1,6 e 2,2 g / cm ^ 3 Una bici realizzata con lo stesso volume di il piombo puro sarebbe più leggero di un oro, perché il piombo è solo 13,55 g / cm ^ 3

• Costo Dal 15-11-2016, l'oro è di $ 39.600 USD / chilo. Un telaio per bici in carbonio super leggero a 780 g ti costerebbe oltre $ 30.000 USD per il solo materiale, supponendo che i punti di forza del materiale possano farcela. Un frame da 5 kg più probabile ti costerà $ 200.000 USD. Anche andare in crash e sfregare 5 g di oro lascerebbe $ 200 del metallo sul ciglio della strada.

In realtà, è più probabile che si tratti di una bici in acciaio elettro-placcato oro o di un telaio in alluminio anodizzato sotto uno strato molto sottile di oro 9 carati.

Composito in fibra di carbonio di bambù e bambù

Le bici di bambù sono state molto più lunghe di quanto si pensi. I primi brevetti per le bici di bambù furono rilasciati in Inghilterra e negli Stati Uniti rispettivamente nel 1894 e nel 1896.

Con l'avvento di Green Thinking le bici di bambù stanno lentamente tornando di moda.

Telaio composito in fibra di carbonio di bambù. Per gentile concessione di biciclette biotiche :

I telai in tubi di bambù con giunti in metallo / compositi possono essere costruiti a casa più facilmente rispetto a molti altri materiali del telaio

vantaggi

• Elevato rapporto resistenza / peso, maggiore resistenza alla trazione rispetto all'acciaio!
• Controllo naturale delle vibrazioni che rende la pedalata più confortevole
• sostenibile
• Leggero, il bambù ha una densità di 0,35 g / qcm
• In molte parti del mondo in via di sviluppo le biciclette di bambù stimolano l'industria locale

svantaggi

• Se non sono previste adeguate procedure di controllo qualità, le materie prime possono essere naturalmente compromesse
• Poiché il bambù è un materiale naturale, non è possibile garantire un aspetto coerente (questo può essere considerato un vantaggio da alcuni)

Berillio (lega)

Metallo incredibilmente raro e straordinariamente performante. Ha una densità di 1,85 g / mL (paragonabile alla fibra di carbonio), resistenza alla trazione di 270 MPa e modulo di Young (rigidità) di 300 GPa (migliore dell'acciaio). Il berillio e le sue leghe sono ampiamente utilizzati nelle applicazioni aerospaziali e di difesa.

Sfortunatamente, ci sono alcuni svantaggi. Innanzitutto, poiché la sua rigidità è sproporzionata rispetto alla sua forza, fallisce a basso allungamento. Questo significa che è fragile. Questo rende anche difficile lavorare e sono necessari processi di produzione ad alta intensità di manodopera per formarlo correttamente. A causa della sua estrema rarità, la roba costa circa $ 8.000 / kg solo per il metallo sfuso. Inoltre, il metallo è molto tossico e la sua polvere o vapore può ucciderti.

Conosco solo un esempio di una bici con telaio in berillio. Bush Wellman (una società Be) ha realizzato un telaio per una mountain bike American Bicycle Manufacturing M-16 nel 1990 per $ 25.000 (in dollari del 1990). Credo che il telaio pesasse circa 900 g.

Cavi d'acciaio alias Tensegrity o integrità tensiva

Questo non è un materiale unico per la costruzione del telaio perché i fili o i cavi funzionano solo sotto tensione. Quindi questa bici richiede almeno due travi di altro materiale non comprimibile, sotto forma di una trave principale e un reggisella.

In precedenza:

Costruzione più moderna con un solo filo:

vantaggi

• Meno area frontale, minore resistenza al vento e quindi più aerodinamica.

• Teoricamente più leggero dei tubi.

svantaggi

• In realtà non più leggero dei tubi, perché la trave principale deve essere più robusta e il cavo d'acciaio non è leggero in primo luogo.

• Cheesecutter - In caso di incidente, il filo superiore / tubo superiore farebbe un danno significativamente più mirato in base alle sue dimensioni più piccole. Come quei fili provocatori usati per tagliare il formaggio fantasia. acquattarsi

• Flex: queste bici erano eccessivamente conformi nella direzione orizzontale.

Futuro

Alcuni sviluppi sono stati fatti con cavi in ​​kevlar e travi principali in fibra di carbonio.

Fibra di lino / Fibra

Schwinn Vestige era (è?) Fatto di fibra di lino (90% di lino, 10% di carbonio).

http://bicycletimesmag.com/review-schwinn-vestige-made-from-flax-fiber/

vantaggi

• Verde: sembra ecologicamente cosciente.

svantaggi

• Greenwashing - non è così ecologicamente cosciente come sembra.

Plastica

Densità

~ 0,91 g / cm³ per polipropilene (triangolo n. 5)
~ 0,92 g / cm³ per polietilene a bassa densità (triangolo n. 4)
~ 0,95 g / cm³ per polietilene ad alta densità (triangolo n. 2)
1,03-1,06 g / cm³ per polistirene (triangolo # 6)
1,35-1,38 g / cm³ per bottiglie d'acqua tipo PETE (triangolo n. 1)
1,32-1,42 g / cm³ per cloruro di polivinile PVC (triangolo n. 3)

Ci sono stati alcuni tentativi di costruire biciclette di plastica dagli anni '70. I materiali da costruzione includono Lexan e HDPE (polietilene ad alta densità), ma non trovo alcuna prova del successo commerciale nelle biciclette per adulti. Le bici per bambini in plastica sono popolari ma di solito sono in forma di bici senza pedali (ancora tecnicamente una bicicletta?).

https://www.designboom.com/cms/images/user_submit/2011/07/frii5.jpg

Vantaggi (per bici per bambini)

• Leggera
• Economico
• Nessun spigolo vivo

svantaggi

• pesante
• Eccessivamente flessibile
• Si deteriora se sottoposto alla luce UV
• Imbarazzante

scandio

Densità 2,985 g / cm³

I "telai di scandio" si riferiscono effettivamente a telai di lega di alluminio specifici con una piccola quantità di scandio (spesso inferiore all'1%).

vantaggi

• Vantaggi simili all'alluminio, leggeri e rigidi.
• Più forte e più resistente delle altre leghe di alluminio. I russi costruirono parti di missili dallo scandio per missili progettati per essere lanciati attraverso il ghiaccio polare. Parti delle linee di combattenti MiG furono costruite anche con leghe di scandio.
• Lo scandio aumenta anche la durata della saldatura dell'alluminio, il che significa che le saldature sono meno soggette a guasti e lo spessore del tubo può essere ridotto ai giunti (più leggero).

svantaggi

• Abbastanza costoso e abbastanza di nicchia. Era forse meno costoso del carbonio all'inizio, ma negli ultimi tempi è stato lasciato indietro poiché il carbonio diventa più economico e le tecniche di produzione aumentano per migliorare il carbonio.

• Più costoso di altre leghe di alluminio. Meno sintonizzabile del carbonio. Meno sintonizzabile e meno resistente del titanio.

Sommario

Lo scandio finisce per essere (attualmente) un materiale di nicchia che offre vantaggi rispetto a tutti gli altri materiali, ma spesso solo leggermente. È in un posto strano come un alluminio di fascia molto alta che si può facilmente saltare l'acquisto pagando solo un po 'di più per passare al titanio o ad un telaio in carbonio a prezzi moderati. Kona sentiva come questo scandio circa nel 2008. Otto anni più tardi si stanno introducendo carbonio telai MTB. Secondo me, il carbonio è finalmente arrivato a un luogo in cui lo scandio è diventato di uso molto limitato in base al suo prezzo.

Lo scandio (tecnicamente una lega di scandio-alluminio) era popolare per un breve periodo: Salsa, voodoo, Kona hanno tutti realizzato cornici di scandio ad un certo punto. Note di Kona:

Lo scandio è l'ottavo elemento raro più abbondante sulla terra. Scandium, metallo bianco argenteo estratto dalla crosta terrestre, è un potente raffinatore di cereali che, se aggiunto alle leghe di alluminio, aumenta del 50% la resistenza e la durata del materiale. Lo fa "raddrizzando" i grani della lega, rendendo il metallo meno suscettibile al cedimento. Utilizzato per la prima volta da quei furbi russi durante la guerra fredda, le pinne guida costruite con leghe di scandio su missili potevano resistere a forze incredibili, senza subire danni anche quando spararono attraverso la calotta polare. Le leghe di scandio sono diventate un'aggiunta altamente vantaggiosa agli aerei di costruzione sovietica, offrendo loro incredibili vantaggi in termini di peso, manovrabilità e autonomia.

È questa forza e durata che rende le leghe di scandio un materiale così attraente quando si tratta di produrre biciclette. La resistenza è molto più elevata (la lega di scandio è due volte più forte dell'alluminio 6061 o 7005) che siamo in grado di utilizzare molto meno materiale per raggiungere caratteristiche di guida simili all'acciaio. E ci piace la sensazione sexy e conforme dell'acciaio. Con lo scandio siamo in grado di radere il peso dai nostri telai in alluminio dal 10 al 15%.

Fonte: http://konabikeworld.com/08_tech_scandium.htm

http://salsacycles.com/bikes/archive/campeon

3D stampato

La risposta deve essere completata

Legno intagliato

Sebbene siano più costosi del compensato, del bambù o del legname dimensionale, esistono cornici realizzate con tubi di legno intagliato (o anche monoscocca).

vantaggi

• la forza direzionale (un po 'come la CF) consente telai rigidi ma che assorbono le vibrazioni
• buon rapporto resistenza / peso
• potenzialmente ecologico
• resistente alle ammaccature a causa di pareti più spesse
• sembra fantastico (soggettivo)

svantaggi

• ha bisogno di tubi più spessi
• molto difficile da usare bene
• facilmente danneggiato dall'umidità se non trattato in modo speciale
• molto costoso a causa del lavoro (e talvolta legni esotici)

Gaspipe Steel

Un termine derisorio per "alta resistenza" o tubi in acciaio dolce utilizzati per costruire biciclette economiche. Poiché le biciclette di fascia bassa sono realizzate in acciaio di bassa qualità, i costruttori compensano utilizzando tubi pesanti e spessi.

Questi tubi sono spesso a scartamento singolo o semplice, quindi hanno uno spessore costante delle pareti lungo tutto il tubo mentre i telai di qualità superiore sono realizzati con tubi a spessore che possono avere due o tre spessori diversi a seconda dei carichi e della distanza da una saldatura .

Differenza rispetto ad altri acciai

Tutto l'acciaio ha lo stesso "Modulo di Youngs" (misura della rigidità) Ciò che cambia tra tubo di gas e tubi più alti è la resistenza, quindi l'acciaio di tubo disegnato con uno spessore di 0,4 mm (il pezzo più sottile del tubo di Reynolds) si piegherà molto meno sotto pressione.

vantaggi

• Costo. Questo tubo a scartamento normale è più economico.
• Efficienza. I tubi di testa devono essere realizzati nelle lunghezze richieste. Il tubo liscio può essere ordinato in lunghezze più lunghe e quindi tagliato per soddisfare i requisiti che riducono gli sprechi.
• Riparabile. L'acciaio può essere riparato molto più facilmente della maggior parte degli altri materiali del telaio.

svantaggi

• Peso. Pesi approssimativi per un telaio in acciaio nudo e la sua forcella.

Peso della tubazione
Reynolds 531 Superlight / 531pro / 753 da 5,5 libbre a 5,75 libbre o 2,5-2,6 chilogrammi
Reynolds 531DB / 531C 6 libbre o 2,7 chilogrammi
Reynolds 531ST (tubo standard) 7 libbre o 3,2 chilogrammi
Tubi di buona qualità da 7 libbre a 9 libbre, o 3,2-4,1 chilogrammi
Tubi a scartamento ridotto economici da 9 libbre a 13 libbre, o 4,1-6 chilogrammi

Nota: "531" indica diversi tipi di tubi di qualità . Vedere la voce Reynolds in questo CW per ulteriori informazioni.

Quello è il tubo dell'impalcatura, il barilotto del gas in pollici e ottavo, il tubo in pollici e l'ottavo 531 (⌀ ≈29 mm), il barile di gas in pollici e il tubo da 531 in pollici. Dove "barile di gas" si intende il materiale che è stato effettivamente utilizzato come condotto per il gas.

Ecco una bici a gas: un "olmo" che non si può dire guardando che è pesante.

Nota tecnicamente il tubo è realizzato in metallo piatto che è stato laminato ed è unito con una saldatura a filo. Il tubo è formato come una forma chiusa e non ha una cucitura.

Vedi anche le voci sull'acciaio di Reynolds e Ishtawa altrove in questo CW.

Lega di alluminio

Storia

Le prime biciclette in alluminio sono state realizzate verso la fine del secolo. Cioè: il 19 ° secolo. La prima documentazione sull'alluminio utilizzato come materiale per telai di biciclette è tre esempi realizzati per una fiera parigina da Clement Cycles nel 1893. Questa bicicletta non era fatta di tubi, ma era un solido pezzo unico in fusione di alluminio!

Questo ovviamente fu abbastanza impressionante per il suo tempo poiché l'Alluminio fu prodotto per la prima volta solo industrialmente nel 1856. Tuttavia, come puoi immaginare, questi telai solidi erano molto pesanti e non molto buoni.

L'alluminio come materiale del telaio rimane una curiosità per i prossimi 80 anni, mentre i telai in acciaio dominano il mercato delle prestazioni e dell'utilità. Questo non cambia fino a quando la saldatura TIG non viene sviluppata e diventa comune negli anni '70. Questo avanzamento consente la costruzione da tubi cavi estrusi e la possibilità di prestazioni molto migliori.

Nel 1974, lo studente di ingegneria meccanica del MIT Marc Rosenbaum decide di provare a costruire una bicicletta in alluminio per la sua tesi di laurea. Ha approfittato della bassa densità dell'alluminio e ha costruito la sua bici con tubi di grande diametro e pareti molto sottili. Il risultato dei suoi sforzi fu una bici da pista più leggera di qualsiasi altra al mondo a 12,3 libbre!

Ecco un ottimo articolo su di esso. https://www.sheldonbrown.com/AluminumBikeProject.html

L'industria ha seguito poco dopo. Gary Klein ha brevettato il telaio per bici in alluminio a tubo largo nel 1977 e ha avviato la società di biciclette Klein. Cannondale ha introdotto il primo modello del CAAD nel 1983 e Al si è unito al gruppo professionista poco dopo. Miguel Indurain ha vinto il primo TdF su un alluminio Pinarello Keral Lite nel 1995 ed è stato il materiale preferito fino a quando non è stato sostituito dal carbonio nel 1999.

Oggi, i telai di biciclette in alluminio sono la maggior parte della nuova produzione, avendo sostituito l'acciaio come opzione più economica. Puoi acquistare biciclette con telaio in alluminio da tutti i grandi magazzini. L'alluminio vive anche ai massimi livelli nel gruppo pro, con lo Specialized Allez di Jonny Brown che vince gli US Road Championships 2018.

Proprietà dei materiali

La maggior parte dei metalli strutturali ha una resistenza massima simile ai rapporti di peso. Ciò è dovuto alla fisica dei legami metallici. Le leghe di alluminio seguono la stessa curva degli acciai e delle leghe di titanio, ma hanno densità e resistenza inferiori per volume unitario. Ciò ha alcune implicazioni:

L'alluminio non è molto buono per applicazioni ad alta resistenza in cui le dimensioni sono limitanti. L'alluminio non sarà mai molto buono per viti, bulloni o rivetti perché sarà una frazione della resistenza dell'acciaio.

Tuttavia, per i tubi della bici, il caso è opposto. I tubi di grande diametro e pareti sottili sono più leggeri per la stessa rigidità. Questo perché la rigidità (momento di inerzia) di un tubo sotto torsione si ridimensiona con il cubo di raggio, mantenendo lo stesso materiale totale. Tuttavia, tubi sufficientemente sottili sono vulnerabili all'instabilità locale del guscio. Questo effetto limita la magrezza che può essere realizzata con tubi di acciaio. Poiché l'alluminio è molto meno denso, la stessa massa di esso può essere trasformata in un tubo che è sia di diametro maggiore che di spessore della parete, e quindi più rigido. In alternativa, un telaio altrettanto rigido può essere reso più leggero dell'acciaio. La maggior parte dei telai in alluminio oggi hanno tubi molto più larghi delle bici in acciaio, ma questi tubi sono in realtà meno larghi dell'ottimale teorico. Sono stati fatti alcuni compromessi per resistere ai carichi di movimentazione e per migliorare l'aerodinamica.

L'alluminio è auto-passivante nell'aria, il che significa che il metallo ossidato protegge il metallo sottostante dalla corrosione. Ciò significa che l'alluminio non arrugginisce in acqua dolce o aria. Tuttavia, l'alluminio è vulnerabile alla corrosione da corrosione da soluzioni che attaccano il film passivante, compresa l'acqua salata. Questo è un problema per gli ambienti marini e durante gli inverni in cui le strade sono salate e dovresti coprire qualsiasi alluminio esposto.

Le leghe di alluminio si fondono a circa 600 ° C e sono relativamente facili da fondere. Tuttavia, le applicazioni ad alta resistenza preferiscono l'alluminio forgiato perché questo può allineare i grani in una direzione favorevole. L'alluminio è anche molto più facile da lavorare rispetto all'acciaio o al titanio e non si indurisce significativamente con il calore. Molti telai in alluminio moderni di alta qualità sono realizzati mediante idroformatura, in cui l'acqua ad altissima pressione forza i tubi di alluminio in uno stampo femmina. Questo processo consente una notevole libertà di progettazione e i tubi in alluminio possono essere resi più liberi rispetto all'acciaio, sebbene in misura inferiore rispetto al carbonio.

Si dice spesso che le leghe di alluminio non abbiano un limite di fatica. Ciò significa che a conteggi del ciclo sufficientemente elevati, qualsiasi carico alla fine causerà un guasto. Pertanto, si può vedere che i telai in alluminio hanno una vita utile limitata. Ciò è in contrasto con materiali come l'acciaio che hanno un limite di ciclo (praticamente) illimitato a carichi inferiori al limite di fatica. Ciò non è del tutto vero e le leghe di alluminio hanno specificato i livelli di resistenza a fatica nelle gamme più elevate di conteggio dei cicli. Tuttavia, la resistenza alla fatica dell'alluminio è meno ben definita rispetto all'acciaio poiché il diagramma della fatica non si flette bruscamente in nessun punto. Nella mia esperienza, i telai in alluminio ben progettati dureranno più a lungo di quanto la maggior parte delle persone li faccia funzionare. Il mio autista quotidiano ha vent'anni. La maggior parte delle persone (anche se forse non il lettore) non possiede una bicicletta così a lungo.

6061T6 è il grado più comune di lega di alluminio utilizzato nel ciclismo. È ampiamente disponibile, moderatamente resistente ed è facile da saldare con TIG. 7075 è circa due volte più resistente, ma non può essere saldato ed è suscettibile al micro-cracking. Molti produttori di biciclette hanno i loro nomi commerciali per le leghe che usano e questi possono essere o meno gli stessi di cui sopra. Esistono molte leghe esotiche con elementi come magnesio e scandio.

Al 6061T6

• Densità: 2700 kg / m ^ 3
• Resa di snervamento: 276 MPa
• Massima resistenza: 310 MPa
• Modulo di Young: 69 GPa
• Allungamento alla resa: 0,4%
• Allungamento a rottura: 12%
• Limite di fatica: 97 MPa
• Durezza Brinell: 95

Al 7075T6

• Densità: 2810 kg / m ^ 3
• Resa di snervamento: 503 MPa
• Massima resistenza: 572 MPa
• Modulo di Young: 72 GPa
• Allungamento alla resa: 0,7%
• Allungamento a rottura: 11%
• Limite di fatica: 159 MPa
• Durezza Brinell: 150

Solo per confronto:

4130 Chromoly

• Densità: 7850 kg / m ^ 3
• Resa di snervamento: 435 MPa
• Massima resistenza: 670 MPa
• Modulo di Young: 205 GPa
• Allungamento alla resa: 0,2%
• Allungamento a rottura: 25,5%
• Limite di fatica: 320 MPa
• Durezza Brinell: 195

Ti6Al4V

• Densità: 4430 kg / m ^ 3
• Resa di snervamento: 880 MPa
• Massima resistenza: 950 MPa
• Modulo di Young: 114 GPa
• Allungamento alla resa: 0,8%
• Allungamento a rottura: 14%
• Limite di fatica: 510 MPa
• Durezza Brinell: 334

Toray T700S in fibra di carbonio (UD)

• Densità: 1800 kg / m ^ 3
• Massima resistenza: 2550 MPa
• Modulo di Young: 230 GPa
• Allungamento a rottura: 1,7%

Reynolds Steel

questa risposta deve essere completata, a questo punto sono solo note

Il tubo a spessore Reynolds fu brevettato per la prima volta nel 1897.

Esistono molti gradi diversi di acciaio Reynolds. Il più comunemente noto è il 531 (pronunciato "cinque, tre, uno") che fu prodotto per la prima volta nel 1935 ma non è più disponibile al di fuori del New Old Stock, o per ordine speciale. Questo acciaio è stato utilizzato anche sul telaio della Jaguar XKE e ha contribuito alle 27 vittorie del Tour de France. I ricambi sono 520 e 525, che sono simili a 531 ma possono anche essere saldati.

elencare alcuni altri codici, i loro significati e usi 753 (certificazione richiesta da Reynolds), 953, 725, 631, 853, 525.

spiegare i numeri 531 prende il nome dalla composizione. Cinque parti di manganese, tre parti di carbonio e una parte di molibdeno.

vantaggi

• Tubi d'acciaio di classe
• Considerato un materiale "tollerante" per l'edilizia e l'uso quotidiano

svantaggi

• Disponibili molti gradi diversi
• I requisiti di trattamento termico variano a seconda del grado
• Alcuni gradi non consentono l'impostazione a freddo dei telai
• L'acciaio può soffrire di problemi di corrosione

Riferimenti

http://bikeretrogrouch.blogspot.co.nz/2013/12/reynolds-tubing.html

https://en.wikipedia.org/wiki/Reynolds_Cycle_Technology#Tubing_types Grande elenco di codici di tubi qui.