Hemos obtenido esta información de diferentes páginas, entre ellas
http://www.ciclismoafondo.es/mecanica/Informes/articulo/material-cuadro-bicicleta
En junio de 2005 nos pedían las propiedades mecánicas a tener en cuenta en la construcción del cuadro y el material más idóneo.
Recordemoa que las propiedades mecánicas más importantes a tener en cuenta son:
DUREZA Resistencia que oponen los cuerpos a ser rayados, opuesto a blando
ELASTICIDAD Capacidad de recuperar la forma cuando cesa la carga que los deforma
PLASTICIDAD Capacidad de adquirir deformaciones permanentes
DUCTILIDAD Deformación plástica por tracción formando hilos
MALEABILIDAD Deformación plástica por compresión formando láminas
TENACIDAD Capacidad de resistencia a la rotura por golpes
FRAGILIDAD Propiedad opuesta a la tenacidad
FATIGA Resistencia que se ofrece a esfuerzos repetitivos
RESILIENCIA Energía absorbida en una rotura por impacto
Veamos los materiales más comunes que podemos utilizar
Es un metal no ferroso (bauxita) descubierto hace poco más de un siglo y
empleado masivamente en el mundo de la bicicleta desde hace algo más de
dos décadas.
El aluminio, como tal, es un metal muy blando que no se podría emplear
en la fabricación de tuberías para cuadros de no ser por las aleaciones
con otros elementos. Las mezclas habituales dan origen a unas series
estandarizadas que se reconocen por las siguientes siglas:
Este material exótico tiene su principal aplicación en la construcción
de artículos aerospaciales y quirúrgicos. Debido a que posee un peso
mínimo (60% inferior al acero) y una resistencia a la rotura por
milímetro cuadrado similar a la del cromoly, es una buena opción para
construir cuadros resistentes y muy ligeros. Aunque, debido a su gran resiliencia,
es preciso utilizar secciones y diámetros mayores para mantener un
grado de rigidez mínimo, perjudicando el resultado final en la báscula.
http://www.ciclismoafondo.es/mecanica/Informes/articulo/material-cuadro-bicicleta
Recordemoa que las propiedades mecánicas más importantes a tener en cuenta son:
DUREZA Resistencia que oponen los cuerpos a ser rayados, opuesto a blando
ELASTICIDAD Capacidad de recuperar la forma cuando cesa la carga que los deforma
PLASTICIDAD Capacidad de adquirir deformaciones permanentes
DUCTILIDAD Deformación plástica por tracción formando hilos
MALEABILIDAD Deformación plástica por compresión formando láminas
TENACIDAD Capacidad de resistencia a la rotura por golpes
FRAGILIDAD Propiedad opuesta a la tenacidad
FATIGA Resistencia que se ofrece a esfuerzos repetitivos
RESILIENCIA Energía absorbida en una rotura por impacto
Veamos los materiales más comunes que podemos utilizar
Carbono/composite
A diferencia de los metales, las fibras sintéticas (carbono, kevlar,
aramida...) se pueden fabricar bajo especificaciones muy concretas. Esto
es posible gracias a que, durante la conformación del tejido que dará
como resultado el tubo o panel final, se van superponiendo fibras
artificiales en diferentes direcciones, para conseguir una resistencia
multidireccional uniéndose con varias capas de resinas (epoxitas o
fenoles). El resultado es un material al que se conoce con el nombre de
composite. Recientemente se han empleado termoplásticos (polietileno,
policarbonatos, poliamidas...) para unir los tejidos, aunque se eleva
bastante el peso y no aporta la rigidez de las resinas.
Ventajas e inconvenientes del carbono/composite
En la báscula el composite es el rey absoluto (60% menos peso que el
acero) y, en rigidez (35% más rígido que el cromoly), resistencia a la
fatiga, a la rotura (3 veces mayor que el acero) y en vulnerabilidad a
los elementos externos, hace sombra al resto de materiales. También
posee una fabulosa capacidad de amortiguación (sin verse perjudicada su
rigidez).
Como es de imaginar la economía no es la aliada de la fibra de carbono
y, en comparación con el acero, llega a ser de cinco a diez veces más
caro. Muy pocos tubos de carbono/composite se quiebran bajo fuertes
cargas, pero se pueden romper si aplicamos una fuerza excesiva en un
punto determinado; hay cuadros de carbono que se han roto al caer al
suelo una bicicleta que estaba apoyada en una pared y se han golpeado
con la arista de una piedra.
El acero
Se denomina acero a la aleación obtenida entre hierro y carbono que,
además, puede contener otros elementos. El carbono siempre es el
elemento principal de la aleación (lógicamente después del hierro) y
modifica extraordinariamente las propiedades mecánicas del acero: cuanto
más carbono contiene, más duro y resistente se torna, aunque se vuelve
más frágil y menos dúctil. Para conseguir un metal más equilibrado se
recurre al uso aleado de otros elementos:
- -Cobalto: aumenta la dureza del acero en caliente, utilizándose principalmente para la confección de herramientas de corte.
- -Cromo: eleva la dureza, resistencia a la abrasión y corrosión, así como la tenacidad a cualquier temperatura. Le proporciona propiedades inoxidables.
- -Manganeso: aumenta la colabilidad y la resistencia al desgaste.
- -Molibdeno: junto con el carbono es el elemento más eficaz para endurecer el acero, evitando su fragilidad y aumentando su resistencia al calor y al desgaste.
- -Níquel: es un elemento que, asociado al acero, le proporciona propiedades anticorrosivas.
- -Silicio: es un antioxidante y proporciona elasticidad en una aleación.
- -Tungsteno (Volframio): eleva la dureza.
- -Vanadio: se emplea como desoxidante en las aleaciones proporcionando, además, muy buena resistencia a la fatiga y a la tracción.
- -Niobio: eleva la resistencia a la fatiga.
Ventajas e inconvenientes del acero
La fabricación de tubos de acero de gran calidad es relativamente
barata, por lo que su precio siempre resulta contenido. Es un material
que, nominalmente, posee gran resistencia a la rotura y soporta muchas
deformaciones antes de que se produzca su degradación por la fatiga.
Sólo tiene dos enemigos claros: el peso y la vulnerabilidad ante la
corrosión.
El aluminio
Es un metal no ferroso (bauxita) descubierto hace poco más de un siglo y
empleado masivamente en el mundo de la bicicleta desde hace algo más de
dos décadas.- -Serie 5000: es una aleación de aluminio con manganeso, silicio y magnesio.
- -Serie 6000: al metal extraído de la bauxita se le añade magnesio y silicio.
- -Serie 7000: con aluminio, magnesio, zinc, manganeso y silicio se consigue esta denominación.
Ventajas e inconvenientes del aluminio
Aunque la bauxita es el material más abundante sobre la corteza
terrestre, para extraer de este mineral el preciado aluminio hay que
emplear mucha energía, por lo que su precio es más elevado que el del
acero.
Su ligereza es patente (menos del 50% que el acero) pero su resistencia
a la deformación, a la fatiga y, especialmente, a la rotura, aconsejan
la utilización de tubos de mayores dimensiones, con lo que se eleva su
peso de forma notable (sin llegar en ningún caso a los valores del
acero).
El aluminio apenas se ve afectado por el fenómeno de la corrosión por
lo que la pintura pasa a ser un elemento decorativo. Aun así algunos
fabricantes someten a los cuadros, una vez soldados y terminados, a un
tratamiento de anodizado extremo para cubrirlos con una fina capa (0,10
mm.) que actúa, a modo de coraza, mejorando la rigidez del conjunto.
El coeficiente de “amortiguación” del aluminio es de hasta 5 veces
(dependiendo del tratamiento térmico) superior al del acero, mostrando
al usuario una marcha más cómoda y relajada.
El titanio
Este material exótico tiene su principal aplicación en la construcción
de artículos aerospaciales y quirúrgicos. Debido a que posee un peso
mínimo (60% inferior al acero) y una resistencia a la rotura por
milímetro cuadrado similar a la del cromoly, es una buena opción para
construir cuadros resistentes y muy ligeros. Aunque, debido a su gran resiliencia,
es preciso utilizar secciones y diámetros mayores para mantener un
grado de rigidez mínimo, perjudicando el resultado final en la báscula.
Ventajas e inconvenientes del titanio
El elevado precio que hay que pagar por un cuadro de titanio es su
principal enemigo, estando producido este desfase por lo difícil de su
mecanización (es más duro que la mayoría de las máquinas-herramienta
utilizadas) y por lo complejo del proceso de soldadura (funde por encima
de los 1.600 grados centígrados y es necesario soldarlo al vacío). La
rigidez necesaria para competir con un cuadro de acero o aluminio sólo
se consigue engrosando los tubos de titanio.
Sus ventajas vienen dadas por su gran resistencia a la fatiga, la
ligereza y la inmunidad ante la práctica totalidad de elementos
corrosivos (sólo le atacan algunos ácidos como el sulfúrico o nítrico).
Un cuadro de titanio es caro, pero puede servirte durante toda la vida.