En respuesta a otra pregunta sobre materiales de marcos, pensé que podría ser útil comenzar con una pregunta más responsable. Una respuesta por material por favor, con un ejemplo de un cuadro de bicicleta que usa ese material.

Utilice el formato que utilicé en mis respuestas para facilitar la comparación de materiales.

No veo ningún daño en tener todas las más de 400 aleaciones de acero listadas si alguien quiere hacer eso, pero el "acero" debe ser específicamente acero suave de bajo grado en lugar de una aleación específica. Asimismo para aluminio, titanio, magnesio y otros metales.

Para los compuestos, incluidos los compuestos metálicos, volvería a preferir ejemplos específicos con detalles (hay una gran diferencia entre el hormigón armado de acero y los compuestos de kevlar / poliéster). También me encantaría ver bicicletas extrañas y maravillosas incluidas.

Materiales

(es decir, índice de respuestas. Actualice los enlaces a medida que agrega una respuesta):

Rieles

• Bicicletas de aluminio
  • Aluminio
  • Escandio - Aleación de aluminio
• Bicicletas de acero
  • Columbus Steel (aún no escrito)
  • ChromeMoly Steel (aún no escrito)
  • Gaspipe Steel
  • Ishiwata Steel (aún no escrito)
  • Kaisei Steel (no escrito aún)
  • Acero suave
  • Reynolds Steel (necesita extensión)
  • Tange Steel (aún no escrito)
  • Vitus / Super Vitus Steel (aún no escrito)
• Titanio
• Berilio
• Oro (puro) (teórico)
• Magnesio (aún no escrito)

Orgánico

• Bambú
• Huesos
• Bicicletas de madera
  • Madera tallada
  • Contrachapado (composite)
  • Madera (cuadro completo y bicicleta)
• Cartón (aún no escrito) ( /bicycles//a/44582/20060 ) **

Compuestos y Polimeros

• Fibra de carbón
• Fibra de lino (90% lino, 10% de carbono)
• El plastico

Diseño específico

• Cables también conocidos como Tensegridad o Integridad Tensional
• Impreso en 3D (aún no escrito)

Huesos

Densidad promedio 1.84 g / cm³ para hueso seco.

Este sería un material bastante malo para un cuadro de bicicleta, y es muy probable que cualquier bicicleta de hueso realmente tenga un núcleo de metal en el medio.

Ventaja

• Factor de choque, o como parte de un disfraz ("La muerte monta un caballo pálido")

Desventaja

• Los huesos no son particularmente estructurales por sí mismos. Un esqueleto está hecho de tendones, cartílagos y tejidos blandos también.

• Durabilidad: los huesos que se secan se vuelven frágiles y se rompen fácilmente.

• Intolerante: una grieta podría pasar de una rayita menor a un descanso completo muy rápidamente.

Acero suave

La densidad varía de 7.75 a 8.05 g / cm3

Muchos BSO están hechos de acero dulce o acero reciclado con tan poco cuidado por su composición que efectivamente es acero dulce. Los ejemplos incluyen esta bicicleta KMart . Esta pregunta sobre la identificación de BSO tiene más.

Ventajas

• barato comprar
• fácil de trabajar: la tecnología es común y la maquinaria es asequible
• fácil de reparar: si su bicicleta está hecha de acero, puede arreglarla con una forja si es necesario, por lo que es más reparable que cualquier otro material del cuadro.

Desventajas

• débil / pesado: para una resistencia dada, necesita más acero suave que otros materiales de armazón comunes.
• oxidación: las astillas en la pintura o la inmersión en agua harán que el marco se corroa.

Titanio

Densidad 4.506 g / cm³

Ventajas

• El titanio tiene muchas características positivas que lo hacen ideal para la construcción de cuadros de bicicleta. El titanio tiene un excelente alargamiento, resistencia a la tracción y resistencia a la fatiga. Los marcos de titanio generalmente se pueden construir tan ligeros como un marco de aluminio, pero con una vida útil mucho más larga similar (o más larga) que un marco de acero.
• El titanio tiene una resistencia a la corrosión extraordinaria, incluso en un entorno agresivo como el agua de mar, y no requiere pintura ni revestimiento. Esto también se traduce en un mantenimiento más fácil, ya que los pequeños rasguños e imperfecciones no causarán ningún problema sin volver a recubrir.
• Es posible hacer un marco ligero y resistente de "gama alta" con titanio que tendrá una larga vida. El titanio es actualmente el material de elección para marcos personalizados y únicos. Diseñar y construir un solo marco de titanio es rentable (en términos relativos), mientras que otros materiales de "alta gama" (como el carbono) son prohibitivamente costosos de diseñar y construir un solo marco.

Desventajas

• El titanio es un material costoso. Los precios de las materias primas suelen ser más altos que otras opciones de metales. (Aparte del oro puro , tal vez).
• El titanio puede ser difícil de trabajar. El titanio requiere diferentes procedimientos para mecanizar y soldar. El incumplimiento de estos procedimientos puede conducir a soldaduras contaminadas que fallarán.
• El titanio es un mal conductor de la electricidad, por lo que el marco no se puede usar como un tramo de un circuito de iluminación.

Madera contrachapada

Densidad

• 0.46-0.52 g / cm ^ 3 para contrachapado de coníferas
• 0.62 g / cm ^ 3 contrachapado mixto
• 0,68 g / cm ^ 3 para madera contrachapada de abedul

Técnicamente un material compuesto, la madera contrachapada se ha utilizado de diferentes maneras para hacer cuadros de bicicleta. Los dos más obvios son como material en hojas y como material lineal.

Ventajas

• la madera es fácil de trabajar (las herramientas son baratas y fácilmente disponibles)
• la madera contrachapada es fácil de encontrar

Desventajas

• incluso más débil que el acero dulce, lo que dificulta el diseño y los marcos pesados
• compuesto epoxi, por lo que las expoxies (pegamento y sellador) deben elegirse con cuidado y pueden ser tóxicas
• partes clave del marco seguirán siendo de metal, o se debe hacer un gran esfuerzo para hacerlas de madera.
• la durabilidad no es excelente (años en lugar de décadas)

Bicicleta Sawyer de Jurgen Kuipers a través de CityLab

BONOBO PLYWOOD BICYCLE a través de CycleExif

_{(fuente: coocan.jp )}

Bicicletas SANOMAGIC Mahogany de Sueshiro Sano

Polímero Reforzado con Fibra de Carbono

La densidad varía de 1.75 a 2.0 g / cm3 y varía según el tipo y la disposición.

Los marcos de fibra de carbono (CF) están hechos de láminas de fibras de carbono colocadas en una resina polimérica, generalmente epoxi.

En 1975 aparece la primera bicicleta con tubo CF, la Exxon Graftek, tenía orejetas de acero y era propensa a romperse. Esto fue seguido en 1986 por Kestrel y Trek lanzando bicicletas con marco CF completo.

Un ejemplo moderno y de alta gama de una bicicleta de fibra de carbono es una Pinarello Dogma F8, que está a cargo del Team Sky y, por lo tanto, también del Team Bradley Wiggins.

Aunque Sheldon Brown y otros no están muy entusiasmados con la FQ, existe una gran opinión de que la FQ es el mejor material para correr y correr rápido.

Ventajas

• Una relación muy alta entre rigidez y peso puede dar lugar a marcos rígidos pero muy ligeros.
• CF tiene resistencia direccional, lo que significa que, dependiendo de la alineación de las fibras, se puede usar para hacer marcos que sean rígidos al transferir potencia pero que cumplan con los requisitos para absorber las vibraciones de la carretera.
• CF puede formar una amplia gama de formas, lo que significa que los tubos de perfil aerodinámico se pueden crear más fácilmente que con metales.
• La FQ no se desgasta de la misma manera que los metales, lo que significa que teóricamente puede tener una vida útil indefinida porque no se desgasta bajo fuerzas regulares. CF no es propenso a la corrosión, incluso sin recubrimiento / pintura.
• Aunque el proceso de colocación lleva mucho tiempo, no requiere altos niveles de habilidad. Esto significa que los trabajadores menos calificados pueden producir marcos CF.
• Quizás a algunas personas les guste el aspecto y el estado de una bicicleta CF. Recuerdo cuando compré por primera vez una bicicleta CF cómo mis amigos no ciclistas pensarían que es una especie de nave espacial y querían levantarla solo para sentir su peso.

Desventajas

• Los marcos CF son caros debido al largo tiempo que lleva poner a mano todas las tiras individuales de CF.
• Los marcos CF (o cualquier parte) requieren un montaje más cuidadoso y calificado. Se debe usar un lubricante especial para evitar que las piezas se unan entre sí, y CF no tolerará el sobreapriete tan bien como el metal.
• Los marcos CF tienden a dañarse fácilmente. Debido a que la CF tiene fuerza direccional, significa que es menos resistente a las fuerzas a las que no está diseñada para exponerse, es decir, choques. Cuando las fuerzas se aplican de manera tal que las fibras CF no están tomando la tensión por sí mismas, entonces es la matriz polimérica la que toma toda la fuerza y, por lo tanto, se rompe más fácilmente.
• Al mismo tiempo, el daño a menudo es imperceptible. Cuando un marco de metal tenga una abolladura o curvatura visible, un marco de CF puede verse intacto, pero de hecho puede deslaminarse internamente, lo que lleva a una falla inesperada repentina más tarde.
• La FQ no es fácilmente reparable; De hecho, mucha gente diría que no se puede reparar. En cualquier caso, si se rompe un costoso cuadro CF, es probable que no quieras volver a competir con él en caso de que exista un riesgo de falla repentina del trabajo de reparación.
• Las bicicletas CF pierden rápidamente su valor. Si compra una bicicleta CF probablemente sea porque quiere correr en ella o al menos andar rápido, por lo tanto, compra algo que está a la vanguardia de la tecnología por su precio. sin embargo, debido a que la tecnología de bicicletas CF ha mejorado muy rápidamente en las últimas dos décadas y todavía está mejorando ahora, significa que su compra quedará desactualizada rápidamente por las bicicletas más nuevas.
• Muchas personas que compran bicicletas CF terminarán con una bicicleta que supera con creces su capacidad. Un conductor principiante no irá mucho más rápido en un Porsche 911 que en un Nissan Micra. Las personas caen en el reclamo de marketing de las bicicletas CF como la única opción para comprar una buena bicicleta, o que es la mejor manera de ser más rápido en lugar de entrenar más y perder algunos kilogramos.

Bicicleta solo de madera

Este es más un ejemplo de lo que es técnicamente posible, más que un material particularmente práctico.

Ventajas

• valor de rareza / choque

Desventajas

• difícil hacer rodamientos de madera
• Se requieren muchos compromisos para el rendimiento debido a las limitaciones del material

Bicicleta de madera pura de Slawomir Weremkowicz (a través de BuzzHunt)

Oro puro

nota: esta imagen no es una bicicleta de oro puro, solo está chapada.

Esta respuesta no se ha hecho en la vida real, pero logró mucha discusión en ¿Podría hacer un cuadro de bicicleta de oro de 24kt?

Ventaja

• Factor Bling - se ve "WOW" Una exhibición grosera de riqueza destinada a impresionar a otros boors.

Desventajas

• Resistencia y endurecimiento del material: el oro no se endurece cuando se calienta y apaga, como el acero

• Deformación: los abandonos tendrían una vida muy limitada porque se aplastarían bajo presión. Tus abandonos tendrían que estar hechos de algo mejor que el oro.

Por las dos razones anteriores, las ruedas y los radios, los ejes, las bielas, el cassette de la cadena, los cojinetes, las piezas de freno, los cables Bowden, las llantas, los pezones y las tuercas no pueden ser de oro.

• Abrasión: el oro puro no es muy resistente al desgaste. Es por eso que las joyas cotidianas a menudo están hechas de oro de 9 o 18 quilates, no de oro puro de 24 quilates. Su bicicleta dorada comenzaría a contagiarse de todo lo que rozara. Y cualquier tipo de accidente podría dejar una lluvia de polvo de oro en el asfalto. Más sobre eso a continuación.

• Peso: el oro es de 19.32 gramos por centímetro cúbico. El acero varía de 7.75 a 8.05 g / cm ^ 3 y el aluminio es de 2.7 g / cm ^ 3 La fibra de carbono es más difícil de fijar, pero la fibra en sí es de 1.6 a 2.2 g / cm ^ 3 Una bicicleta hecha del mismo volumen de el plomo puro sería más liviano que uno de oro, porque el plomo solo pesa 13.55 g / cm ^ 3

• Costo A partir del 2016-11-15, el oro es de $ 39,600 USD / kilo. Un cuadro de bicicleta de carbono súper liviano de 780 g le costaría más de $ 30,000 USD solo por el material, suponiendo que las resistencias del material podrían hacer frente. Un cuadro más probable de 5 kilo le costará $ 200,000 USD. Incluso chocar su bicicleta y frotar 5 g de oro dejaría $ 200 en el metal en la carretera.

En realidad, es más probable que se trate de una bicicleta de acero electrochapada en oro o un cuadro de aluminio anodizado debajo de una capa muy delgada de oro de 9 quilates.

Compuesto de bambú y fibra de carbono de bambú

Las bicicletas de bambú han durado mucho más de lo que la mayoría de la gente supone. Las primeras patentes para bicicletas de bambú se emitieron en Inglaterra y los Estados Unidos en 1894 y 1896, respectivamente.

Con la llegada del pensamiento verde, las bicicletas de bambú están volviendo lentamente a la moda.

Marco compuesto de bambú de fibra de carbono. Cortesía de Bicicletas Bióticas :

Los marcos con tubos de bambú con juntas de metal / compuesto se pueden construir en casa más fácilmente que muchos otros materiales

Ventajas

• ¡Alta relación resistencia / peso, mayor resistencia a la tracción que el acero!
• Control natural de la vibración que lo hace más cómodo.
• Sostenible
• Ligero, el bambú tiene una densidad de 0.35 g / qcm
• En muchas partes del mundo en desarrollo, las bicicletas de bambú estimulan la industria local.

Desventajas

• Si no existen procedimientos de control de calidad adecuados, las materias primas pueden verse naturalmente comprometidas
• Dado que el bambú es un material natural, no se puede garantizar un aspecto uniforme (algunos pueden considerarlo una ventaja)

Berilio (aleación)

Metal ridículamente raro e impresionantemente de alto rendimiento. Tiene una densidad de 1.85 g / mL (comparable a la fibra de carbono), resistencia a la tracción de 270 MPa y módulo de Young (rigidez) de 300 GPa (mejor que el acero). El berilio y sus aleaciones se utilizan ampliamente en aplicaciones aeroespaciales y de defensa.

Lamentablemente, hay algunos inconvenientes. Primero, debido a que su rigidez es desproporcionada con respecto a su resistencia, falla con un alargamiento bajo. Esto significa que es frágil. Esto también dificulta el trabajo, y se necesitan procesos de fabricación muy intensivos en mano de obra para formarlo adecuadamente. Debido a su extrema rareza, el material cuesta alrededor de $ 8,000 / kg solo para metal a granel. Además, el metal es muy tóxico y su polvo o vapor pueden matarlo.

Solo conozco un ejemplo de una bicicleta con marco de berilio. Bush Wellman (una compañía de Be) hizo un cuadro para una bicicleta de montaña American Bicycle Manufacturing M-16 en 1990 por $ 25,000 (en dólares de 1990). Creo que el marco pesaba alrededor de 900 g.

Cables de acero, también conocidos como Tensegridad o Integridad Tensional

Este no es un material de construcción de marco único porque los alambres o cables solo funcionan bajo tensión. Por lo tanto, esta bicicleta requiere al menos dos vigas de algún otro material no compresible, en forma de una viga principal y una tija de sillín.

Más temprano:

Construcción más moderna con un solo cable:

Ventajas

• Menos área frontal, menor resistencia al viento y, por lo tanto, más aerodinámica.

• Teóricamente más ligero que los tubos.

Desventajas

• En realidad, no es más liviano que los tubos, porque la viga principal tiene que ser más resistente y el cable de acero no es ligero en primer lugar.

• Cortador de queso: en el caso de un accidente, el cable superior / tubo superior causaría un daño significativamente más centrado en función de su tamaño más pequeño. Como esos cables burlones utilizados para cortar queso elegante. encogerse

• Flexibilidad: estas bicicletas eran excesivamente compatibles en la dirección horizontal.

Futuro

Se han realizado algunos desarrollos con cables de kevlar y vigas principales de fibra de carbono.

Lino Fibra / Fibra

Schwinn Vestige estaba (¿está hecho?) De fibra de lino (90 por ciento de lino, 10 por ciento de carbono).

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

Ventajas

• Verde: parece ecológicamente concienzudo.

Desventajas

• Lavado verde: no es tan ecológicamente consciente como parece.

El plastico

Densidad

~ 0.91 g / cm³ para Polipropileno (triángulo # 5)
~ 0.92 g / cm³ para Polietileno de baja densidad (triángulo # 4)
~ 0.95 g / cm³ para Polietileno de alta densidad (triángulo # 2)
1.03-1.06 g / cm³ para poliestireno (triángulo # 6)
1.35-1.38 g / cm³ para botellas de agua tipo PETE (triángulo # 1)
1.32-1.42 g / cm³ para cloruro de polivinilo de PVC (triángulo # 3)

Ha habido algunos intentos de construir bicicletas de plástico desde los años 70. Los materiales de construcción incluyen Lexan y HDPE (polietileno de alta densidad) pero no puedo encontrar ninguna evidencia de éxito comercial en las bicicletas para adultos. Las bicicletas de plástico para niños son populares, pero generalmente están en forma de bicicletas de equilibrio sin pedales (¿técnicamente todavía es una bicicleta?).

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

Ventajas (para bicicletas infantiles)

• Ligero
• Barato
• Sin bordes afilados

Desventajas

• Pesado
• Demasiado flexible
• Se deteriora cuando se somete a luz UV
• Embarazoso

Escandio

Densidad 2.985 g / cm³

Los "marcos de escandio" en realidad se refieren a marcos de aleación de aluminio específicos con una pequeña cantidad de escandio (a menudo menos del 1%).

Ventajas

• Ventajas similares al aluminio, ligero y rígido.
• Más resistente y duradero que otras aleaciones de aluminio. Los rusos construyeron partes de misiles de escandio para misiles que fueron diseñados para ser disparados a través del hielo polar. Partes de las líneas de cazas MiG también se construyeron a partir de aleaciones de escandio.
• El escandio también aumenta la durabilidad para soldar aluminio, lo que significa que las soldaduras son menos propensas a fallas y el grosor del tubo se puede reducir en las juntas (más ligero).

Desventajas

• Bastante caro y bastante nicho. Quizás fue menos costoso que el carbono desde el principio, pero recientemente se ha quedado atrás a medida que el carbono se vuelve más barato y las técnicas de fabricación aumentan para mejorar el carbono.

• Más caro que otras aleaciones de aluminio. Menos sintonizable que el carbono. Menos sintonizable y menos duradero que el titanio.

Resumen

El escandio termina (actualmente) siendo un material muy especializado que ofrece ventajas sobre todos los demás materiales, pero a menudo solo ligeramente. Está en un lugar extraño como un aluminio muy, muy alto que se puede omitir fácilmente comprar pagando un poco más para pasar a titanio o un cuadro de carbono de precio moderado. Kona sentía como esta escandio aproximadamente en 2008. Ocho años más tarde que están introduciendo marcos de MTB de carbono. Para mí, eso dice que el carbono finalmente está en un lugar donde el escandio se ha convertido en un uso muy limitado en función de su precio.

El escandio (técnicamente una aleación de escandio y aluminio) fue popular por un corto tiempo: Salsa, vudú, Kona hicieron marcos de escandio en un punto. Kona señala:

El escandio es el octavo elemento raro más abundante en la tierra. Scandium, un metal blanco plateado extraído de la corteza terrestre, es un potente refinador de grano que, cuando se agrega a las aleaciones de aluminio, eleva la resistencia y durabilidad del material en un 50%. Lo hace "enderezando" los granos de la aleación, haciendo que el metal sea menos susceptible a fallas. Utilizado por primera vez por aquellos astutos rusos durante la Guerra Fría, las aletas guía construidas con aleaciones de escandio sobre misiles podrían resistir fuerzas increíbles, sin sufrir daños incluso cuando se dispara a través de la capa de hielo polar. Las aleaciones de escandio se convirtieron en una adición muy ventajosa a los aviones construidos por los soviéticos, dándoles increíbles ventajas de peso, maniobrabilidad y alcance.

Es esta resistencia y durabilidad lo que hace que las aleaciones de escandio sean un material tan atractivo cuando se trata de fabricar bicicletas. La resistencia es mucho mayor (la aleación de escandio es dos veces más fuerte que el aluminio 6061 o 7005) que podemos usar mucho menos material para lograr características de conducción similares al acero. Y nos gusta la sensación sexy y flexible del acero. Con Scandium podemos reducir el peso de nuestros marcos de aluminio en un 10 a 15%.

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

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

Impreso en 3D

La respuesta necesita completarse

Madera tallada

Si bien son más caros que la madera contrachapada, el bambú o la madera dimensional, existen marcos hechos de tubos de madera tallados (o incluso monocascos).

Ventajas

• la fuerza direccional (algo así como CF) permite marcos rígidos pero que absorben vibraciones
• buena relación resistencia / peso
• potencialmente ecológico
• resistente a abolladuras debido a paredes más gruesas
• se ve y se siente increíble (subjetivo)

Desventajas

• necesita tubos más gruesos
• muy difícil de usar bien
• Dañado fácilmente por la humedad a menos que esté especialmente tratado
• muy caro debido a la mano de obra (y a veces maderas exóticas)

Gaspipe Steel

Un término burlón para la tubería de "alta resistencia a la tracción" o de acero dulce utilizada para construir bicicletas baratas. Como las bicicletas de gama baja están hechas de acero de baja calidad, los constructores compensan el uso de tubos pesados ​​y gruesos.

Estos tubos suelen ser de un solo calibre o de un solo calibre, por lo que tienen un grosor de pared constante a lo largo del tubo, mientras que los marcos de mayor calidad están hechos de tubos a tope que pueden tener dos o tres grosores diferentes dependiendo de las cargas y la distancia desde una soldadura .

Diferencia a otro acero

Todo el acero tiene el mismo "Módulo de Young" (medida de rigidez). Lo que cambia entre la tubería de gas y los tubos más altos es la resistencia, por lo que el acero de la tubería estirado con un grosor de 0.4 mm (la pieza más delgada de la tubería de Reynolds) se doblará con mucha menos presión.

Ventajas

• Costo. Este tubo de calibre liso es más barato.
• Eficiencia. Los tubos a tope deben hacerse en las longitudes requeridas. Se puede pedir un tubo plano en longitudes más largas y luego cortarlo para satisfacer los requisitos, lo que reduce el desperdicio.
• Reparable. El acero se puede arreglar mucho más fácilmente que la mayoría de los otros materiales del marco.

Desventajas

• Peso. Pesos aproximados para un marco de acero desnudo y su horquilla.

Peso del tubo
Reynolds 531 Superlight / 531pro / 753 5.5lbs a 5.75lbs o 2.5-2.6 kilogramos
Reynolds 531DB / 531C 6lbs o 2.7 kilogramos
Reynolds 531ST (Tubo estándar) 7lbs o 3.2 kilogramos
Tubo de calibre plano de buena calidad 7lbs a 9lbs, o 3.2-4.1 kilogramos
Tubo de bajo calibre económico de 9 a 13 libras, o 4.1-6 kilogramos

Nota: "531" denota diferentes tipos de tubos de calidad . Vea la entrada de Reynolds en este CW para más información.

Eso es tubo de andamio, pulgada y octavo barril de gas, pulgada y octava tubería 531 (⌀ ≈29 mm), pulgada barril de gas y pulgada 531 tubería. Donde 'barril de gas' significa el material que realmente se utilizó como conductos para el gas.

Aquí hay una bicicleta de gaspipe, un "olmo". No se notaba si pareciera pesado.

Tenga en cuenta que técnicamente la tubería está hecha de metal plano que se ha enrollado y se une con una soldadura de costura. El tubo tiene una forma cerrada y no tiene costura.

Véanse también las entradas de acero de Reynolds e Ishtawa en otras partes de este CW.

Aleación de aluminio

Historia

Las primeras bicicletas de aluminio se fabricaron a principios de siglo. Es decir: el siglo XIX. La documentación más antigua sobre el uso del aluminio como material de cuadro de bicicleta son tres ejemplos realizados para una feria comercial parisina por Clement Cycles en 1893. ¡Esta bicicleta no estaba hecha de tubos, sino que era una pieza sólida de fundición de aluminio!

Por supuesto, esto fue bastante impresionante para su época, ya que el aluminio solo se produjo por primera vez industrialmente en 1856. Sin embargo, como puede imaginar, estos marcos sólidos eran muy pesados ​​y no muy buenos.

El aluminio como material de marco sigue siendo una curiosidad durante los próximos 80 años, mientras que los marcos de acero dominan el mercado utilitario y de rendimiento. Esto no cambia hasta que se desarrolle la soldadura TIG y se vuelva común en los años 70. Este avance permite la construcción a partir de tubos huecos extruidos y la posibilidad de un rendimiento mucho mejor.

En 1974, el estudiante de ingeniería mecánica del MIT Marc Rosenbaum decide intentar construir una bicicleta de aluminio para su tesis. Aprovechó la baja densidad del aluminio y construyó su bicicleta con tubos de gran diámetro y paredes muy delgadas. ¡El resultado de sus esfuerzos fue una bicicleta de pista más ligera que cualquier otra en el mundo con 12.3 lb!

Aquí hay un gran artículo al respecto. https://www.sheldonbrown.com/AluminumBikeProject.html

La industria siguió poco después. Gary Klein patentó el cuadro de bicicleta de aluminio de tubo ancho en 1977 y comenzó la compañía de bicicletas Klein. Cannondale introdujo el primer modelo del CAAD en 1983 y Al se unió al pro pelotón poco después. Miguel Indurain ganó el primer TdF en un Pinarello Keral Lite de aluminio en 1995 y fueron el material de elección hasta que fueron reemplazados por carbono en 1999.

Hoy en día, los cuadros de aluminio para bicicletas son la mayoría de las nuevas producciones, ya que el acero desplazado es la opción de menor costo. Puedes comprar bicicletas con marco de aluminio en todos los grandes almacenes. El aluminio también vive en los niveles más altos en el pelotón profesional, con Specialized Allez de Jonny Brown ganando el Campeonato de carretera de Estados Unidos 2018.

Propiedades materiales

La mayoría de los metales estructurales tienen relaciones de resistencia máxima a peso similares. Esto se debe a la física de los enlaces metálicos. Las aleaciones de aluminio siguen la misma curva que los aceros y las aleaciones de titanio, pero tienen menor densidad y resistencia por unidad de volumen. Esto tiene algunas implicaciones:

El aluminio no es muy bueno para aplicaciones de alta resistencia donde el tamaño es limitado. El aluminio nunca será muy bueno para tornillos, pernos o remaches porque será una fracción de la resistencia del acero.

Sin embargo, para los tubos de bicicleta, el caso es opuesto. Los tubos de gran diámetro y paredes delgadas son más ligeros para la misma rigidez. Esto se debe a que la rigidez (momento de inercia) de un tubo bajo torsión se escala con el cubo de radio, manteniendo el mismo material total. Sin embargo, los tubos suficientemente delgados son vulnerables al pandeo local de la carcasa. Este efecto limita la delgadez con la que se pueden fabricar tubos de acero. Debido a que el aluminio es mucho menos denso, la misma masa se puede convertir en un tubo que tiene un diámetro y un grosor de pared más grandes y, por lo tanto, más rígidos. Alternativamente, un marco igualmente rígido puede hacerse más ligero que el acero. La mayoría de los cuadros de aluminio actuales tienen tubos mucho más anchos que las bicicletas de acero, pero estos tubos son en realidad menos anchos que el óptimo teórico. Se hacen algunos compromisos en aras de resistir el manejo de cargas y mejorar la aerodinámica.

El aluminio es auto pasivante en el aire, lo que significa que el metal oxidado protege al metal subyacente de la corrosión. Esto significa que el aluminio no se oxida en agua dulce o aire. Sin embargo, el aluminio es vulnerable a la corrosión por picadura por las soluciones que atacan la película pasivante, incluida el agua salada. Este es un problema para ambientes marinos y durante los inviernos donde las carreteras están saladas, y debe cubrir cualquier aluminio expuesto.

Las aleaciones de aluminio se funden a aproximadamente 600 ° C, y son relativamente fáciles de fundir. Sin embargo, las aplicaciones de alta resistencia prefieren aluminio forjado porque esto puede alinear los granos en una dirección favorable. El aluminio también es mucho más fácil de mecanizar que el acero o el titanio y no se endurece significativamente con el calor. Muchos marcos modernos de aluminio de alta calidad están hechos por hidroformado, en el cual el agua a muy alta presión obliga a los tubos de aluminio a formar un molde hembra. Este proceso permite una considerable libertad de diseño, y los tubos de aluminio se pueden hacer de forma más libre que el acero, aunque en menor medida que el carbono.

A menudo se dice que las aleaciones de aluminio no tienen un límite de fatiga. Esto significa que con conteos de ciclo suficientemente altos, cualquier carga eventualmente causará fallas. Por lo tanto, se puede ver que los marcos de aluminio poseen una vida útil finita. Esto contrasta con materiales como el acero que tienen un límite de ciclo (prácticamente) ilimitado en cargas por debajo del límite de fatiga. Esto no es del todo cierto, y las aleaciones de aluminio tienen resistencias a la fatiga especificadas en los rangos más altos de conteo de ciclos. Sin embargo, la resistencia a la fatiga del aluminio está menos definida que la del acero, ya que su diagrama de fatiga no se dobla bruscamente en ningún punto. En mi experiencia, los marcos de aluminio bien diseñados durarán más de lo que la mayoría de las personas los mantienen en funcionamiento. Mi conductor diario tiene veinte años. La mayoría de las personas (aunque quizás no el lector) no posee una bicicleta por tanto tiempo.

6061T6 es el grado más común de aleación de aluminio utilizado en ciclismo. Está ampliamente disponible, es moderadamente fuerte y es fácil de soldar con TIG. 7075 es aproximadamente el doble de resistente, pero no se puede soldar y es susceptible a microgrietas. Muchos fabricantes de bicicletas tienen sus propios nombres comerciales para las aleaciones que usan, y estos pueden o no ser los mismos que los anteriores. Existen muchas aleaciones exóticas con elementos como el magnesio y el escandio.

Al 6061T6

• Densidad: 2700 kg / m ^ 3
• Fuerza de producción: 276 MPa
• Fuerza máxima: 310 MPa
• Módulo de Young: 69 GPa
• Alargamiento al rendimiento: 0.4%
• Alargamiento a la rotura: 12%
• Límite de fatiga: 97 MPa
• Dureza Brinell: 95

Al 7075T6

• Densidad: 2810 kg / m ^ 3
• Fuerza de producción: 503 MPa
• Fuerza máxima: 572 MPa
• Módulo de Young: 72 GPa
• Alargamiento al rendimiento: 0.7%
• Alargamiento a la rotura: 11%
• Límite de fatiga: 159 MPa
• Dureza Brinell: 150

Solo para comparar:

4130 cromoly

• Densidad: 7850 kg / m ^ 3
• Fuerza de producción: 435 MPa
• Fuerza máxima: 670 MPa
• Módulo de Young: 205 GPa
• Elongación a rendimiento: 0.2%
• Alargamiento a la rotura: 25.5%
• Límite de fatiga: 320 MPa
• Dureza Brinell: 195

Ti6Al4V

• Densidad: 4430 kg / m ^ 3
• Fuerza de producción: 880 MPa
• Fuerza máxima: 950 MPa
• Módulo de Young: 114 GPa
• Elongación a rendimiento: 0.8%
• Alargamiento a la rotura: 14%
• Límite de fatiga: 510 MPa
• Dureza Brinell: 334

Toray T700S Fibra de carbono (UD)

• Densidad: 1800 kg / m ^ 3
• Fuerza máxima: 2550 MPa
• Módulo de Young: 230 GPa
• Alargamiento a la rotura: 1.7%

Reynolds Steel

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La tubería a tope Reynolds se patentó por primera vez en 1897.

Hay muchos grados diferentes de acero Reynolds. El más comúnmente conocido es 531 (pronunciado "cinco, tres, uno") que se produjo por primera vez en 1935 pero ya no está disponible fuera de New Old Stock, o por orden especial. Este acero también se usó en el chasis del automóvil Jaguar XKE y ayudó en 27 victorias del Tour de Francia. Los reemplazos son 520 y 525, que son similares a 531 pero también se pueden soldar.

enumere algunos otros códigos y sus significados y usos 753 (certificación requerida por Reynolds), 953, 725, 631, 853, 525.

explicar los números 531 recibe su nombre de la composición. Cinco partes de manganeso, tres partes de carbono y una parte de molibdeno.

Ventajas

• Tubo de acero con clase
• Considerado como un material "indulgente" para la construcción y el uso diario.

Desventajas

• Muchos grados diferentes disponibles
• Los requisitos de tratamiento térmico varían según los diferentes grados.
• Algunas calidades no permiten el fraguado en frío de los marcos
• El acero puede sufrir problemas de corrosión.

Referencias

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

https://en.wikipedia.org/wiki/Reynolds_Cycle_Technology#Tubing_types Gran lista de códigos de tubos aquí.