Em resposta a mais uma pergunta sobre materiais de estrutura, pensei que poderia ser útil começar com uma pergunta mais responsável. Uma resposta por material, por exemplo, com um exemplo de um quadro de bicicleta usando esse material.

Use o formato que eu usei nas minhas respostas para facilitar a comparação de materiais.

Não vejo mal algum em listar todas as mais de 400 ligas de aço, se alguém quiser fazer isso, mas o "aço" deve ser especificamente de aço macio de baixa qualidade, em vez de uma liga específica. Da mesma forma para alumínio, titânio, magnésio e outros metais.

Para compósitos, incluindo compósitos de metal, eu preferiria novamente exemplos específicos com detalhes (há uma grande diferença entre o concreto reforçado com aço e os compostos de kevlar / poliéster). Eu também adoraria ver motos estranhas e maravilhosas incluídas.

Materiais

(ou seja, indexe as respostas. Atualize os links ao adicionar uma resposta):

Metais

• Bicicletas de alumínio
  • Alumínio
  • Escândio - Liga de alumínio
• Bicicletas de aço
  • Columbus Steel (ainda não escrito)
  • ChromeMoly Steel (ainda não escrito)
  • Aço Gaspipe
  • Ishiwata Steel (ainda não escrito)
  • Kaisei Steel (ainda não escrito)
  • Aço macio
  • Reynolds Steel (precisa de extensão)
  • Tange Steel (ainda não escrito)
  • Vitus / Super Vitus Steel (ainda não escrito)
• Titânio
• Berílio
• Ouro (puro) (teórico)
• Magnésio (ainda não escrito)

Orgânico

• Bambu
• Ossos
• Bicicletas de madeira
  • Madeira entalhada
  • Contraplacado (compósito)
  • Madeira (quadro completo e bicicleta)
• Papelão (ainda não gravado) ( /bicycles//a/44582/20060 ) **

Compósitos e Polímeros

• Fibra de carbono
• Fibra de linho (90% linho, 10% carbono)
• Plástico

Layout específico

• Cabos aka Tensegrity ou Tensional Integrity
• Impresso em 3D (ainda não escrito)

Ossos

Densidade média 1,84 g / cm³ para osso seco.

Esse seria um material muito ruim para o quadro de uma bicicleta, e é bem provável que qualquer bicicleta de osso realmente tenha um núcleo de metal no meio.

Vantagem

• Fator de choque ou como parte de uma roupa ("A morte monta um cavalo pálido")

Desvantagem

• Ossos não são particularmente estruturais por si mesmos. Um esqueleto é feito de tendões, cartilagens e tecidos moles também.

• Durabilidade - os ossos que secam ficam quebradiços e se quebram facilmente.

• Intolerante - Uma rachadura pode passar de uma linha fina menor para uma ruptura completa muito rapidamente.

Aço macio

A densidade varia de 7,75 a 8,05 g / cm3

Muitos BSOs são feitos de aço carbono ou aço reciclado com tão pouco cuidado com sua composição que são efetivamente aço carbono. Exemplos incluem esta bicicleta KMart . Esta pergunta sobre identificação BSO tem mais.

Vantagens

• barato comprar
• fácil de trabalhar - a tecnologia é comum e o maquinário é acessível
• fácil de consertar - se sua bicicleta for de aço, você poderá consertá-la com uma forja, se for necessário, para que seja mais reparável do que qualquer outro material da estrutura.

Desvantagens

• fraco / pesado - para uma determinada resistência, você precisa de mais aço macio do que outros materiais comuns da estrutura.
• ferrugem - lascas na tinta ou imersão em água causam corrosão na moldura.

Titânio

Densidade 4,506 g / cm³

Vantagens

• O titânio tem muitas características positivas que o tornam ideal para a construção de estruturas de bicicletas. O titânio possui excelente alongamento, resistência à tração e resistência à fadiga. As armações de titânio geralmente podem ser construídas tão leves quanto uma armação de alumínio, mas com uma vida útil muito maior, semelhante a (ou maior que) uma armação de aço.
• O titânio possui extraordinária resistência à corrosão, mesmo em um ambiente agressivo, como a água do mar, e não requer pintura ou revestimento. Isso também se traduz em manutenção mais fácil, pois pequenos arranhões e manchas não causam problemas sem o revestimento.
• É possível criar uma moldura leve e de alta qualidade com titânio, que terá uma vida útil longa. Atualmente, o titânio é o material escolhido para quadros personalizados e únicos. É econômico (relativamente falando) projetar e construir uma única armação de titânio, enquanto outros materiais "de ponta" (como carbono) são proibitivamente caros para projetar e construir uma armação única.

Desvantagens

• O titânio é um material caro. Os preços das matérias-primas costumam ser mais altos que as outras opções de metal. (Além do ouro puro , talvez).
• Pode ser difícil trabalhar com titânio. O titânio requer procedimentos diferentes para usinar e soldar. O não cumprimento desses procedimentos pode levar a soldas contaminadas que falharão.
• O titânio é um mau condutor de eletricidade; portanto, o quadro não pode ser usado como uma perna de um circuito de iluminação.

Madeira compensada

Densidade

• 0,46-0,52 g / cm ^ 3 para madeira compensada de coníferas
• 0,62 g / cm ^ 3 contraplacado misto
• 0,68 g / cm ^ 3 para madeira compensada de bétula

Tecnicamente, um material composto, o compensado tem sido usado de várias maneiras diferentes para a fabricação de quadros de bicicletas. Os dois mais óbvios são como material de folha e como material linear.

Vantagens

• a madeira é fácil de trabalhar (as ferramentas são baratas e estão prontamente disponíveis)
• é fácil encontrar madeira compensada

Desvantagens

• ainda mais fraco que o aço macio, dificultando o design e moldando a estrutura pesada
• composto epóxi, para que as expoxias (cola e selante) precisem ser escolhidas com cuidado e possam ser tóxicas
• as partes principais da armação ainda serão de metal ou será necessário um grande esforço para fabricá-las de madeira.
• durabilidade não é grande (anos, e não décadas)

Bicicleta Sawyer por Jurgen Kuipers via CityLab

BICICLETA BONOBO PLYWOOD via CycleExif

_{(fonte: coocan.jp )}

Bicicletas SANOMAGIC em mogno da Sueshiro Sano

Polímero Reforçado com Fibra de Carbono

A densidade varia de 1,75-2,0 g / cm3 e varia de acordo com o tipo e a disposição.

Os quadros de fibra de carbono (CF) são feitos de folhas de fibras de carbono inseridas em uma resina de polímero, geralmente epóxi.

Em 1975, aparece a primeira bicicleta tubular CF, a Exxon Graftek. Tinha garras de aço e estava propensa a quebrar. Isso foi seguido em 1986 por Kestrel e Trek lançando bicicletas com estrutura completa em CF.

Um exemplo moderno e de ponta de uma bicicleta de fibra de carbono é o Pinarello Dogma F8, que é fabricado pela Team Sky e, portanto, também pela Team Bradley Wiggins.

Embora Sheldon Brown e outros não estejam muito entusiasmados com o CF, existe um grande número de opiniões de que o CF é o melhor material para correr e andar rápido.

Vantagens

• Uma relação rigidez / peso muito alta pode levar a quadros rígidos, mas muito leves.
• O CF possui força direcional, o que significa que, dependendo do alinhamento das fibras, ele pode ser usado para criar estruturas rígidas ao transferir energia, mas compatíveis ao absorver vibrações na estrada.
• O CF é capaz de formar uma ampla variedade de formas, o que significa que os tubos de perfil aéreo podem ser criados mais facilmente do que com metais.
• O CF não se veste da mesma maneira que os metais, o que significa que teoricamente pode ter uma vida útil indefinida porque não se usa sob forças regulares. O CF não é propenso a corrosão, mesmo sem revestimento / tinta.
• Embora o processo de lay-up leve muito tempo, não requer altos níveis de habilidade. Isso significa que trabalhadores menos qualificados são capazes de produzir quadros de CF.
• Talvez algumas pessoas gostem da aparência e do status de uma bicicleta CF. Lembro-me de quando comprei uma bicicleta CF como meus amigos que não eram ciclistas pensariam que era algum tipo de nave espacial e queriam levantá-la apenas para sentir seu peso.

Desvantagens

• Os quadros CF são caros devido ao longo tempo necessário para colocar manualmente todas as tiras individuais de CF.
• Os quadros CF (ou qualquer peça) requerem uma montagem mais cuidadosa e qualificada. Um lubrificante especial deve ser usado para impedir que as peças se colem, e o CF não tolerará aperto demais nem metal.
• Os quadros CF tendem a se danificar facilmente. Como o CF possui força direcional, significa que ele é menos resistente a forças às quais não foi projetado para ser exposto, ou seja, colisões. Quando as forças são aplicadas de uma maneira que as fibras CF não suportam a tensão, é a matriz polimérica que recebe toda a força e, portanto, é mais facilmente quebrada.
• Ao mesmo tempo, o dano geralmente é imperceptível. Nos casos em que uma estrutura de metal apresenta um entalhe ou curvatura visível, uma estrutura de CF pode parecer intacta, mas pode de fato delaminar internamente, levando a uma falha inesperada repentina posteriormente.
• CF não é facilmente reparável; de fato, muitas pessoas diriam que não pode ser reparado. De qualquer forma, se um quadro CF caro for quebrado, você provavelmente não vai querer correr novamente, caso haja risco de falha repentina do trabalho de reparo.
• As bicicletas CF perdem rapidamente seu valor. Se você compra uma bicicleta CF, provavelmente é porque deseja correr nela ou pelo menos andar rápido, portanto, compra algo que está na vanguarda da tecnologia pelo seu preço. no entanto, como a tecnologia de bicicletas CF vem melhorando muito rapidamente nas últimas duas décadas e ainda está melhorando agora, isso significa que sua compra será desatualizada rapidamente pelas motos mais recentes.
• Muitas pessoas que compram bicicletas CF acabam com uma bicicleta que ultrapassa em muito sua capacidade. Um motorista aprendiz não vai muito mais rápido em um Porsche 911 do que em um Nissan Micra. As pessoas caem na reivindicação de marketing das bicicletas CF como a única opção para comprar uma boa bicicleta, ou que é a melhor maneira de acelerar, em vez de treinar mais e perder alguns quilos.

Bicicleta só de madeira

Este é mais um exemplo do que é tecnicamente possível, em vez de um material particularmente prático.

Advantanges

• valor de raridade / choque

Desvantagens

• difícil fazer rolamentos de madeira
• muitos compromissos com o desempenho exigido devido às limitações do material

Bicicleta de madeira pura por Slawomir Weremkowicz (via BuzzHunt)

Ouro puro

nota: esta imagem não é uma bicicleta de ouro puro - apenas banhada.

Esta resposta não foi feita na vida real, mas conseguiu muita discussão em Você poderia fazer um quadro de bicicleta com ouro de 24 kt?

Vantagem

• Fator de bling - parece "WOW" Uma exibição grosseira de riqueza destinada a impressionar outros boors.

Desvantagens

• Pontos fortes e endurecimento do material - o ouro não endurece quando aquecido e temperado, como o aço

• Deformação - os desistentes teriam uma vida muito limitada, pois esmagariam sob pressão. Suas desistências teriam que ser feitas de algo melhor que ouro.

Pelas duas razões acima, rodas e raios, eixos, cassete de corrente de manivelas, rolamentos, peças de freio, cabos bowden, jantes, bicos e porcas não podiam ser feitos de ouro.

• Abrasão - O ouro puro não é muito resistente ao desgaste. É por isso que as jóias do dia-a-dia são geralmente feitas de ouro de 9 ou 18 quilates, e não de ouro puro de 24 quilates. Sua bicicleta dourada começaria a esfregar qualquer coisa com a qual roçasse. E qualquer tipo de acidente poderia deixar uma chuva de ouro em pó no asfalto. Mais sobre isso abaixo.

• Peso - o ouro é 19,32 gramas por centímetro cúbico. O aço varia de 7,75 a 8,05 g / cm ^ 3 e o alumínio é de 2,7 g / cm ^ 3 A fibra de carbono é mais difícil de fixar, mas a fibra é de 1,6 a 2,2 g / cm ^ 3 Uma bicicleta feita com o mesmo volume de o chumbo puro seria mais leve que o ouro, porque o chumbo é de apenas 13,55 g / cm ^ 3

• Custo A partir de 15/11/2016, o ouro é de US $ 39.600 / quilo. Um quadro de bicicleta de carbono super leve de 780g custaria mais de US $ 30.000 para o material, assumindo que as forças do material pudessem suportar. Um quadro mais provável de 5 quilos custará US $ 200.000. Mesmo bater sua bicicleta e retirar 5g de ouro deixaria US $ 200 em metal na beira da estrada.

Na realidade, é mais provável que seja uma bicicleta de aço galvanizada a ouro ou uma estrutura de alumínio anodizado sob uma camada muito fina de ouro de 9 quilates.

Bambu e bambu composto de fibra de carbono

As bicicletas de bambu demoram muito mais do que a maioria das pessoas imagina. As primeiras patentes para bicicletas de bambu foram emitidas na Inglaterra e nos EUA em 1894 e 1896, respectivamente.

Com o advento do Green Thinking, as bicicletas de bambu estão lentamente voltando à moda.

Quadro composto de fibra de carbono de bambu. Cortesia de Biotic Bikes :

As estruturas com tubos de bambu com juntas de metal / composto podem ser construídas em casa com mais facilidade do que muitos outros materiais de estrutura

Vantagens

• Alta relação resistência / peso, maior resistência à tração do que o aço!
• Controle de vibração natural que proporciona um passeio mais confortável
• Sustentável
• O bambu leve tem uma densidade de 0,35 g / qcm
• Em muitas partes em desenvolvimento do mundo, as bicicletas de bambu estimulam a indústria local

Desvantagens

• Se não houver procedimentos adequados de CQ, as matérias-primas podem ser naturalmente comprometidas
• Como o bambu é um material natural, nenhuma aparência consistente pode ser garantida (isso pode ser considerado uma vantagem por alguns)

Berílio (liga)

Metal ridiculamente raro e impressionantemente de alto desempenho. Possui densidade de 1,85 g / mL (comparável à fibra de carbono), resistência à tração de 270 MPa e módulo de Young (rigidez) de 300 GPa (melhor que o aço). O berílio e suas ligas são amplamente utilizados em aplicações aeroespaciais e de defesa.

Infelizmente, existem algumas desvantagens. Primeiro, porque sua rigidez é desproporcional à sua força, falha com baixo alongamento. Isso significa que é quebradiço. Isso também dificulta o trabalho, e são necessários processos de fabricação que exigem muito trabalho para formar adequadamente. Devido à sua extrema raridade, o material custa cerca de US $ 8.000 / kg apenas para metais a granel. Além disso, o metal é muito tóxico e sua poeira ou vapor podem matá-lo.

Conheço apenas um exemplo de uma bicicleta com estrutura de berílio. Bush Wellman (uma empresa Be) fez um quadro para uma mountain bike da American Bicycle Manufacturing M-16 em 1990 por US $ 25.000 (em dólares de 1990). Acredito que o quadro pesava cerca de 900g.

Cabos de aço aka Tensegrity ou Tensional Integrity

Este não é um material de construção de estrutura exclusivo, porque os fios ou cabos funcionam apenas sob tensão. Portanto, esta bicicleta requer pelo menos duas vigas de algum outro material não compressível, na forma de uma viga principal e um espigão.

Anteriormente:

Construção mais moderna com apenas um fio:

Vantagens

• Menos área frontal, menor resistência ao vento e, portanto, mais aerodinâmica.

• Teoricamente mais leve que os tubos.

Desvantagens

• Na verdade, não é mais leve que os tubos, porque a viga principal precisa ser mais robusta e o cabo de aço não é leve em primeiro lugar.

• Cortador de queijo - No caso de um acidente, o fio superior / tubo superior causaria danos significativamente mais focados com base em seu tamanho menor. Como aqueles fios de provocação usados ​​para cortar queijo chique. encolher

• Flex - essas motos eram excessivamente compatíveis na direção horizontal.

Futuro

Algum desenvolvimento foi feito com cabos de kevlar e vigas principais de fibra de carbono.

Fibra de linho / fibra

O Schwinn Vestige era (é?) Feito de fibra de linho (90% de linho, 10% de carbono).

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

Vantagens

• Verde - parece ecologicamente consciente.

Desvantagens

• Lavagem verde - não é tão ecologicamente consciente quanto parece.

Plástico

Densidade

~ 0,91 g / cm³ para polipropileno (triângulo nº 5)
~ 0,92 g / cm³ para polietileno de baixa densidade (triângulo nº 4)
~ 0,95 g / cm³ para polietileno de alta densidade (triângulo nº 2)
1,03-1,06 g / cm³ para poliestireno (triângulo # 6)
1,35-1,38 g / cm³ para garrafas de água tipo PETE (triângulo nº 1)
1,32-1,42 g / cm³ para cloreto de polivinil PVC (triângulo nº 3)

Houve algumas tentativas de construir bicicletas de plástico desde os anos 70. Os materiais de construção incluem Lexan e HDPE (polietileno de alta densidade), mas não consigo encontrar nenhuma evidência de sucesso comercial em bicicletas para adultos. As bicicletas infantis de plástico são populares, mas geralmente estão na forma de bicicletas de equilíbrio sem pedais (ainda tecnicamente uma bicicleta?).

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

Vantagens (Para bicicletas infantis)

• Peso leve
• Barato
• Sem arestas vivas

Desvantagens

• Pesado
• Excessivamente flexível
• Deteriora quando submetido à luz UV
• Embaraçoso

Escândio

Densidade 2,985 g / cm³

"Estruturas de escândio" na verdade se referem a estruturas de liga de alumínio específicas com uma pequena quantidade de escândio (geralmente menos de 1%).

Vantagens

• Vantagens similares ao alumínio, leves e rígidas.
• Mais forte e mais durável do que outras ligas de alumínio. Os russos construíram peças de mísseis de escândio para mísseis que foram concebidas para serem alimentadas através gelo polar. Partes das linhas de caças MiG também foram construídas a partir de ligas de escândio.
• O escândio também aumenta a durabilidade da soldagem de alumínio, o que significa que as soldas são menos propensas a falhas e a espessura do tubo pode ser reduzida nas juntas (mais leve).

Desvantagens

• Bastante caro e bastante nicho. Talvez fosse mais barato que o carbono no início, mas ultimamente foi deixado para trás à medida que o carbono se torna mais barato e as técnicas de fabricação aumentam para melhorar o carbono.

• Mais caro que outras ligas de alumínio. Menos sintonizável que o carbono. Menos sintonizável e menos durável que o titânio.

Sumário

O escândio acaba sendo atualmente um material de nicho que oferece vantagens sobre todos os outros materiais, mas geralmente apenas um pouco. É em um lugar estranho, como um alumínio de ponta muito, muito alta, que se pode facilmente deixar de comprar pagando um pouco mais para mudar para titânio ou uma armação de carbono com preço moderado. Kona senti como este escândio sobre em 2008. Oito anos mais tarde, eles estão introduzindo quadros MTB de carbono. Para mim, isso diz que o carbono está finalmente em um lugar em que o escândio se tornou de uso muito limitado com base no preço.

O escândio (tecnicamente uma liga de escândio-alumínio) foi popular por pouco tempo - Salsa, vodu, Kona todos fizeram quadros de escândio em um ponto. Kona observa:

O escândio é o oitavo elemento raro mais abundante na terra. Um metal branco prateado extraído da crosta terrestre, o Scandium é um refinador de grãos potente que, quando adicionado às ligas de alumínio, eleva a resistência e a durabilidade do material em 50%. Isso é feito “endireitando” os grãos da liga, tornando o metal menos suscetível a falhas. Utilizadas pela primeira vez por aqueles russos astutos durante a Guerra Fria, as barbatanas guiadas construídas de ligas de escândio em mísseis podiam suportar forças incríveis, sem sofrer danos, mesmo quando disparadas pela calota polar. As ligas de escândio se tornaram um complemento altamente vantajoso para as aeronaves soviéticas, oferecendo vantagens incríveis de peso, manobrabilidade e alcance.

É essa força e durabilidade que tornam as ligas Scandium um material tão atraente quando se trata de fabricar bicicletas. A resistência é muito maior (a liga de escândio é duas vezes mais forte que o alumínio 6061 ou 7005) que podemos usar muito menos material para obter características de condução semelhantes ao aço. E gostamos da sensação sexy e compatível com o aço. Com o Scandium, podemos reduzir o peso de nossos quadros de alumínio em 10 a 15%.

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

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

Impresso em 3D

A resposta precisa de conclusão

Madeira entalhada

Embora sejam mais caras do que madeira compensada, bambu ou madeira dimensional, existem molduras feitas de tubos de madeira esculpidos (ou mesmo monocoques).

Vantagens

• força direcional (algo como CF) permite quadros rígidos, mas que absorvem vibrações
• boa relação força / peso
• potencialmente ecológico
• resistente a amassados ​​devido a paredes mais espessas
• parece incrível (subjetivo)

Desvantagens

• precisa de tubos mais grossos
• muito difícil de usar bem
• facilmente danificado pela umidade, a menos que seja especialmente tratado
• muito caro devido ao trabalho (e às vezes madeiras exóticas)

Aço Gaspipe

Um termo irônico para a tubulação de aço "de alta resistência" ou leve usada para fabricar bicicletas baratas. Como as bicicletas low-end são feitas de aço de baixa qualidade, os construtores compensam usando tubos grossos e pesados.

Esses tubos geralmente são de bitola simples ou bitola simples, portanto, possuem uma espessura de parede consistente ao longo do tubo, enquanto estruturas de alta qualidade são feitas de tubos com pontas que podem ter duas ou três espessuras diferentes, dependendo das cargas e da distância de uma solda .

Diferença para outros aços

Todo o aço tem o mesmo "Módulo de Youngs" (medida de rigidez). O que muda entre o tubo de gás e os tubos mais altos é a resistência; portanto, o aço do tubo de gás puxado para uma espessura de 0,4 mm (a peça mais fina do tubo de Reynolds) se dobra sob muito menos pressão.

Vantagens

• Custo. Este tubo de bitola simples é mais barato.
• Eficiência. Os tubos com pontas devem ser fabricados nos comprimentos necessários. O tubo liso pode ser encomendado em comprimentos mais longos e depois cortado para se adequar aos requisitos que reduzem o desperdício.
• Reparável. O aço pode ser fixado com muito mais facilidade do que a maioria dos outros materiais de armação.

Desvantagens

• Peso. Pesos aproximados para uma estrutura de aço nua e seu garfo.

Peso da tubulação
Reynolds 531 Superlight / 531pro / 753 5,5 libras a 5,75 libras ou 2,5-2,6 quilogramas
Reynolds 531DB / 531C 6 libras ou 2,7 quilogramas
Reynolds 531ST (tubo padrão) 7 libras ou 3,2 quilogramas
Tubulação de bitola simples de boa qualidade 7 libras a 9 libras ou 3,2-4,1 quilograma
Tubulação de baixo custo de bitola simples 9 libras a 13 libras, ou 4,1-6 kg

Nota: "531" indica diferentes tipos de tubos de qualidade . Veja a entrada Reynolds nesta CW para mais informações.

É o tubo de andaime, a polegada e a oitava barril de gás, a polegada e a oitava tubulação 531 (± 29 mm), a barril de gás em polegadas e a tubulação 531 de polegada. Onde 'barril de gás' significa o material que foi realmente usado como conduíte para gás.

Aqui está uma bicicleta com tubo de gás - um "olmo" que você não poderia dizer ao parecer que é pesado.

Observe que tecnicamente o tubo é feito de metal plano que foi laminado e é unido a uma solda de costura. O tubo é formado como uma forma fechada e não possui costura.

Veja também as entradas de aço de Reynolds e Ishtawa em outras partes desta CW.

Liga de alumínio

História

As primeiras bicicletas de alumínio foram fabricadas na virada do século. Ou seja: o século XIX. A documentação mais antiga sobre o uso do alumínio como material de estrutura de bicicleta é de três exemplos feitos para uma feira parisiense da Clement Cycles em 1893. Essa bicicleta não era feita de tubos, mas era uma peça sólida de alumínio!

Obviamente, isso foi bastante impressionante para a época, pois o alumínio foi produzido pela primeira vez industrialmente em 1856. No entanto, como você pode imaginar, esses quadros sólidos eram muito pesados ​​e não muito bons.

O alumínio como material de estrutura permanece uma curiosidade pelos próximos 80 anos, enquanto as estruturas de aço dominam o mercado de desempenho e utilitários. Isso não muda até que a soldagem TIG seja desenvolvida e se torne comum nos anos 70. Esse avanço permite a construção de tubos ocos extrudados e a possibilidade de um desempenho muito melhor.

Em 1974, o estudante de engenharia mecânica do MIT Marc Rosenbaum decide tentar construir uma bicicleta de alumínio para sua tese sênior. Ele aproveitou a baixa densidade do alumínio e construiu sua bicicleta com tubos de grande diâmetro e paredes muito finas. O resultado de seus esforços foi uma bicicleta de pista mais leve do que qualquer outra no mundo, com 30 kg!

Aqui está um ótimo artigo sobre isso. https://www.sheldonbrown.com/AluminumBikeProject.html

A indústria seguiu logo depois. Gary Klein patenteou o tubo de alumínio de tubo largo em 1977 e fundou a empresa de bicicletas Klein. Cannondale introduziu o primeiro modelo do CAAD em 1983 e Al ingressou no pro peloton logo depois. Miguel Indurain venceu o primeiro TdF em um Pinarello Keral Lite de alumínio em 1995 e foi o material escolhido até ser substituído pelo carbono em 1999.

Hoje, os quadros de bicicletas de alumínio são a maioria da nova produção, tendo o aço deslocado a opção de menor custo. Você pode comprar bicicletas com estrutura de alumínio em todas as lojas de departamento. O alumínio também vive nos níveis mais altos do pelotão profissional, com o Specialized Allez de Jonny Brown vencendo o US Road Championships de 2018.

Propriedades do material

A maioria dos metais estruturais possui proporções similares de força máxima e peso. Isto é devido à física das ligações metálicas. As ligas de alumínio seguem a mesma curva que os aços e as ligas de titânio, mas apresentam menor densidade e resistência por unidade de volume. Isso tem algumas implicações:

O alumínio não é muito bom para aplicações de alta resistência onde o tamanho é limitado. O alumínio nunca será muito bom para parafusos, cavilhas ou rebites, porque será uma fração da resistência do aço.

No entanto, para tubos de bicicleta, o caso é oposto. Tubos de grande diâmetro e paredes finas são mais leves para a mesma rigidez. Isso ocorre porque a rigidez (momento de inércia) de um tubo sob torção escala com o cubo de raio, mantendo o mesmo material total. No entanto, tubos suficientemente finos são vulneráveis ​​à flambagem local da concha. Esse efeito limita a espessura da tubulação de aço. Como o alumínio é muito menos denso, a mesma massa pode ser transformada em um tubo maior em diâmetro e espessura da parede e, portanto, mais rígido. Como alternativa, uma estrutura igualmente rígida pode ser mais leve que o aço. Atualmente, a maioria das armações de alumínio possui tubos muito mais largos que as de aço, mas esses tubos são na verdade menos largos do que o ideal teórico. Algum compromisso é feito para resistir às cargas de manuseio e melhorar a aerodinâmica.

O alumínio é auto-passivador no ar, o que significa que o metal oxidado protege o metal subjacente da corrosão. Isso significa que o alumínio não oxida em água ou ar fresco. No entanto, o alumínio é vulnerável à corrosão por pites por soluções que atacam o filme passivador, incluindo água salgada. Esse é um problema para ambientes marinhos e durante o inverno, onde as estradas são salgadas, e você deve cobrir qualquer alumínio exposto.

As ligas de alumínio derretem a cerca de 600 ° C e são relativamente fáceis de fundir. No entanto, aplicações de alta resistência preferem alumínio forjado porque isso pode alinhar os grãos em uma direção favorável. O alumínio também é muito mais fácil de usinar do que o aço ou o titânio e não endurece significativamente com o calor. Muitas molduras de alumínio modernas de alta qualidade são fabricadas por hidroformação, nas quais a água de pressão muito alta força os tubos de alumínio a um molde fêmea. Esse processo permite uma considerável liberdade de projeto, e os tubos de alumínio podem ser feitos de forma mais livre que o aço, embora em menor grau que o carbono.

Diz-se frequentemente que as ligas de alumínio não têm um limite de fadiga. Isso significa que, em contagens de ciclo suficientemente altas, qualquer carga acabará causando falha. Portanto, pode-se considerar que as armações de alumínio possuem uma vida útil finita. Isso contrasta com materiais como aço, que têm um limite de ciclo ilimitado (praticamente) em cargas abaixo do limite de fadiga. Isso não é inteiramente verdade, e as ligas de alumínio especificaram as forças de fadiga nas faixas mais altas da contagem de ciclos. No entanto, a resistência à fadiga do alumínio é menos bem definida do que para o aço, pois seu diagrama de fadiga não flexiona muito a qualquer momento. Na minha experiência, quadros de alumínio bem projetados durarão mais do que a maioria das pessoas os mantém funcionando. Meu motorista diário tem vinte anos. A maioria das pessoas (embora talvez não seja o leitor) não possui uma bicicleta por tanto tempo.

6061T6 é a classe mais comum de liga de alumínio usada no ciclismo. Está amplamente disponível, moderadamente forte e é fácil de soldar pela TIG. 7075 é duas vezes mais forte, mas não pode ser soldado e é suscetível a microfissuras. Muitos fabricantes de bicicletas têm seus próprios nomes comerciais para as ligas que usam, e estes podem ou não ser os mesmos que acima. Muitas ligas exóticas existem com elementos como magnésio e escândio.

Al 6061T6

• Densidade: 2700 kg / m ^ 3
• Força de rendimento: 276 MPa
• Força Máxima: 310 MPa
• Módulo de Young: 69 GPa
• Alongamento no rendimento: 0,4%
• Alongamento na ruptura: 12%
• Limite de fadiga: 97 MPa
• Dureza Brinell: 95

Al 7075T6

• Densidade: 2810 kg / m ^ 3
• Força de rendimento: 503 MPa
• Força máxima: 572 MPa
• Módulo de Young: 72 GPa
• Alongamento no rendimento: 0,7%
• Alongamento na ruptura: 11%
• Limite de fadiga: 159 MPa
• Dureza Brinell: 150

Apenas para comparação:

4130 Chromoly

• Densidade: 7850 kg / m ^ 3
• Força de rendimento: 435 MPa
• Força final: 670 MPa
• Módulo de Young: 205 GPa
• Alongamento no rendimento: 0,2%
• Alongamento na ruptura: 25,5%
• Limite de fadiga: 320 MPa
• Dureza Brinell: 195

Ti6Al4V

• Densidade: 4430 kg / m ^ 3
• Força de rendimento: 880 MPa
• Força final: 950 MPa
• Módulo de Young: 114 GPa
• Alongamento no rendimento: 0,8%
• Alongamento na ruptura: 14%
• Limite de fadiga: 510 MPa
• Dureza Brinell: 334

Toray T700S fibra de carbono (UD)

• Densidade: 1800 kg / m ^ 3
• Força máxima: 2550 MPa
• Módulo de Young: 230 GPa
• Alongamento na ruptura: 1.7%

Reynolds Steel

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O tubo com ponta de Reynolds foi patenteado pela primeira vez em 1897.

Existem muitos tipos diferentes de aço Reynolds. O mais conhecido é o 531 (pronunciado "cinco, três, um"), que foi produzido pela primeira vez em 1935, mas não está mais disponível fora do New Old Stock, ou por Ordem Especial. Esse aço também foi usado no chassi do carro Jaguar XKE e ajudou em 27 vitórias no Tour de France. As substituições são 520 e 525, que são semelhantes a 531, mas também podem ser soldadas.

liste alguns outros códigos e seus significados e usos 753 (certificação exigida por Reynolds), 953, 725, 631, 853, 525.

explique os números 531 recebe o nome da composição. Cinco partes de manganês, três partes de carbono e uma parte de molibdênio.

Vantagens

• Tubo de aço elegante
• Considerado um material "perdoador" para construção e uso diário

Desvantagens

• Muitos tipos diferentes disponíveis
• Os requisitos de tratamento térmico variam em diferentes graus
• Algumas notas não permitem a configuração a frio dos quadros
• O aço pode sofrer problemas de corrosão

Referências

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

https://en.wikipedia.org/wiki/Reynolds_Cycle_Technology#Tubing_types Grande lista de códigos de tubulação aqui.