Alluminio vs carbonio: la guerra dei materiali!

[schiesa]

Che non sono ne carne ne pesce, nel senso che innanzitutto si creano dei problemi all'interfaccia tra i due materiali, che non sono facilmente risolvibili.
Teoricamente in caso di cedimento del pezzo dovrebbero garantire un certo margine di sicurezza in più, ovvero se dovesse cedere la fibra di carbonio l'anima in alluminio dovrebbe evitare il cedimento di schianto. Questo per lo meno in teoria...

Perché ho visto che spesso l'alluminio accoppiato al carbonio è della serie 2000, che se ho ben capito è più elastico.
Al problema interfaccia non c'avevo mai pensato..

Quindi secondo te è meglio o solo alluminio o solo carbonio? niente accoppiate?
Giusto per capire e orientarmi negli acquisti.
Grazie per la pazienza e competenza.

Prodotti MTB scontati

 

[paolorobertozr]

Dani provo a risponderti io sul discorso dei coefficienti si sicurezza:

Secondo me tonaz parlava anche di "rinforzi" mirati a tutte quelle situazioni extra-guida, come cadute, botte ecc...

Faccio un esempio mooolto sciocco, tubo obliquo, per semplicità:

questo lavora principalmente per trazione/compressione, e per torsione, tra bb e zona sterzo.

Allora io me lo dimensiono prima a mano, calcolando magari gli spessori ecc, e poi al Pc, facendo una simulazione con un software di progettazione strutturale, inserendo le sollecitazioni tipiche, diciamo per assurdo quelle che mi sono uscite da un calcolo per esempio di un biker di 100Kg che atterra sulle pedivelle da un drop di 2 mt(stò sparando cose a casaccio, semplicisticamente, per far capire bene)... poi applico i miei coefficienti di sicurezza...

E verifico che gli spessori/densità di polimero/numero di strati che avevo scelto possono andare bene...

A questo punto io manderei in produzione un telaio col tubo obliquo(leggerissimo) che alla prima pietra seria che becca di traverso si buca letteralmente...

é qui che entra in gioco la perizia dello strutturista che ritorna al pc e si dimensiona il tubo ANCHE per una sollecitazione trasversale, applica anche qui i suoi ampi mergini di sicurezza, e ipotizza che la sollecitazione avvenga nel punto dove il tubo è paradossalmente più esposto/delicato, in questo caso semplicistico possiamo dire a metà strada tra bb e sterzo...

Il risultato sarà un tubo non più leggerissimo ma assolutamente sicuro.

E' chiaro ceh questa non deve essere interpretata come una pubblicità indiscriminata ai telai in carbonio, solo che se questi vengono progettati come si deve, sono assolutamente ok, se non che costano ancora troppo..

Restano i discorsi sulla facilità di ispezione dell'ALu, e sulla sua plasticità, che sono i veri grandi vantaggi di questo materiale, ma secondo me sono situazioni molto particolari.

 

[Tonaz]

Dani provo a risponderti io sul discorso dei coefficienti si sicurezza:

Secondo me tonaz parlava anche di "rinforzi" mirati a tutte quelle situazioni extra-guida, come cadute, botte ecc...

Faccio un esempio mooolto sciocco, tubo obliquo, per semplicità:

questo lavora principalmente per trazione/compressione, e per torsione, tra bb e zona sterzo.

Allora io me lo dimensiono prima a mano, calcolando magari gli spessori ecc, e poi al Pc, facendo una simulazione con un software di progettazione strutturale, inserendo le sollecitazioni tipiche, diciamo per assurdo quelle che mi sono uscite da un calcolo per esempio di un biker di 100Kg che atterra sulle pedivelle da un drop di 2 mt(stò sparando cose a casaccio, semplicisticamente, per far capire bene)... poi applico i miei coefficienti di sicurezza...

E verifico che gli spessori/densità di polimero/numero di strati che avevo scelto possono andare bene...

A questo punto io manderei in produzione un telaio col tubo obliquo(leggerissimo) che alla prima pietra seria che becca di traverso si buca letteralmente...

é qui che entra in gioco la perizia dello strutturista che ritorna al pc e si dimensiona il tubo ANCHE per una sollecitazione trasversale, applica anche qui i suoi ampi mergini di sicurezza, e ipotizza che la sollecitazione avvenga nel punto dove il tubo è paradossalmente più esposto/delicato, in questo caso semplicistico possiamo dire a metà strada tra bb e sterzo...

Il risultato sarà un tubo non più leggerissimo ma assolutamente sicuro.

E' chiaro ceh questa non deve essere interpretata come una pubblicità indiscriminata ai telai in carbonio....

proprio così!!intendevo questo esattamente!
quoto!!

 

[mtbforever]

ottima descrizione molto piu chiara del mio libro di tecnologia dei materiali! ma da quanto so le leghe di alluminio 6XXX strutturalmente resistono fino a 600 MPa, non che cambi cmq molto confrontando il valore con i valori della fibra di carbonio!

 

[Danybiker88]

qst coeff sono dettati dall'esperienza di chi ha progettato prima di altri
fonte Politecnico di Milano.
concordo con quello che dici tu infatti, i due materiali alla fine con tutti ti pro e i contro si equivalgono facendo una somma di tutti i fattori.

per qnt riguarda il discorso dei sassi xò non sono molto convino...parliamo di sforzi di rottura di 7Gpa come hai detto tu...se ci pensiamo 1 Pa= 1N/m^2;
1 Mpa è quindi 1N/mm^2 equivalente e una "botta" di un sasso da 0,1 Kg sottoposto ad accelerazione di gravità k urta contro il telaio colpendolo su 1mm^2 di superficie....certo che i valori scelti in progettazione non contano x urti dati da sassi ecc, magari si riferiscono ad altre sollecitazioni però ce ne vuole per rompere un telaio!!...certo poi che i telai si rompono cadendo, e parlo perchè ne ho già visto uno spaccato a metà di una scale rc dell'anno scorso...xò ql k l'ha rotto ha fatto uno di quei voli ragazzi!!!!
ciao Danybiker!!

Un telaio difficilmente, come dice bikerciuc, si spacca se usato correttamente. Generalmente le rotture e i danneggiamenti si hanno a causa di cadute ovvero di eventi straordinari.
Per questo non si può valutare la resistenza di un telaio soltanto sulel sollecitazioni tipiche del normale utilizzo, bisogna considerare anche gli "imprevisti" come l'urto contro una roccia.

Alla fine vedo che comunque diciamo le stesse cose. La fibra di carbonio è molto più robusta del debole alluminio, su questo non ci piove.

 

[Danybiker88]

Dani provo a risponderti io sul discorso dei coefficienti si sicurezza:

Secondo me tonaz parlava anche di "rinforzi" mirati a tutte quelle situazioni extra-guida, come cadute, botte ecc...

Faccio un esempio mooolto sciocco, tubo obliquo, per semplicità:

questo lavora principalmente per trazione/compressione, e per torsione, tra bb e zona sterzo.

Allora io me lo dimensiono prima a mano, calcolando magari gli spessori ecc, e poi al Pc, facendo una simulazione con un software di progettazione strutturale, inserendo le sollecitazioni tipiche, diciamo per assurdo quelle che mi sono uscite da un calcolo per esempio di un biker di 100Kg che atterra sulle pedivelle da un drop di 2 mt(stò sparando cose a casaccio, semplicisticamente, per far capire bene)... poi applico i miei coefficienti di sicurezza...

E verifico che gli spessori/densità di polimero/numero di strati che avevo scelto possono andare bene...

A questo punto io manderei in produzione un telaio col tubo obliquo(leggerissimo) che alla prima pietra seria che becca di traverso si buca letteralmente...

é qui che entra in gioco la perizia dello strutturista che ritorna al pc e si dimensiona il tubo ANCHE per una sollecitazione trasversale, applica anche qui i suoi ampi mergini di sicurezza, e ipotizza che la sollecitazione avvenga nel punto dove il tubo è paradossalmente più esposto/delicato, in questo caso semplicistico possiamo dire a metà strada tra bb e sterzo...

Il risultato sarà un tubo non più leggerissimo ma assolutamente sicuro.

E' chiaro ceh questa non deve essere interpretata come una pubblicità indiscriminata ai telai in carbonio, solo che se questi vengono progettati come si deve, sono assolutamente ok, se non che costano ancora troppo..

Restano i discorsi sulla facilità di ispezione dell'ALu, e sulla sua plasticità, che sono i veri grandi vantaggi di questo materiale, ma secondo me sono situazioni molto particolari.

Capisco cosa intendi, un telaio in carbonio non rinforzato avrebbe vita breve.

Il discorso è che che a conti fatti irrobustire un telaio in carbonio in modo che sia veramente robusto, vanifica quasi tutti i vantaggi legati dall'utilizzo del materiale stesso. Tra la maggior robustezza richiesta dal maggior coefficiente di sicurezza e i rinforzi si arriva praticamente al peso di un telaio in alluminio.

Nella MTB si punta sempre alla maggiore leggerezza. Come faccio a realizzare un telaio in carbonio sotto il kg? Limo sui rinforzi, non necessari ad un normale utilizzo. In questo modo il telaio rimarrà robusto alle normali sollecitazioni, ma in caso di caduta potrà rompersi.

A parità di robustezza il risparmio di peso ottenibile col carbonio non è così marcato, se si vuole andare oltre si deve giungere a compromessi, magari riducendo i rinforzi, visto che andare a minare la resistenza strutturale non è una scelta furba...

 

[schiesa]

una cosa pratica volevo sapere

manubrio in carbonio + manopole lock on:
ho letto su di un'articolo di MTB Action riguardo un manubrio in carbonio gravity oriented in cui si diceva che non era tanto corretto usare manopole lock on su di un manubrio in carbonio...
volevo sapere se è vero, perchè è vero ecc. ...
se non ricordo male facevano riferimento al fatto che le lock-on "scivolerebbero"...

anche perchè sarebbe una bella limitazione per un manubrio in carbonio...personalmente non so se rinuncerei alle lock-on...

Ho letto da qualche parte che per montare efficacemente le manopole sui manubri in carbonio è bene usare una specie di frenafiletti per carbonio, è uno spray che rende la superficie lievemente ruvida, senza danneggiare il materiale (è anche removibile). Questo spray per accoppiamento va bene non solo x le manopole, ma anche x attacco manubrio, telaio/reggisella, e consente di utilizzare copie di serraggio + basse avendo comunque l'effetto voluto.

esempio http://www.componentsbike.com/index.php?main_page=product_info&cPath=81&products_id=492

 

[bikerciuc]

tre considerazioni:

1) esistono telai realizzati in kevlar con un rivestimento superficiale in carbonio messo lì tanto per fare figura... questi telai, normalmente sono più economici di un telaio di produzione in carbonio puro.

2) l'abbinamento kevlar-carbonio in un telaio mtb potrebbe a mio modesto parere essere utilissimo per rinforzare l'obliquo e renderlo + solido rispetto agli urti (sassi lanciati contro il tubo dalla ruota anteriore).
Nessun progettista può prevedere o modellizzare sollecitazioni sul telaio derivanti da urti conseguenti a cadute, nè simularne le condizioni (se non molto generalmente) in laboratorio.
I coefficienti di sicurezza sono uno dei modi di calcolo e dimensionamento di una struttura... in assoluto un coefficiente di 2 prevede che un materiale sia dimensionato per lavorare al massimo del carico di progetto ad un regime tensionale (parliamo di tensioni N/mmq) pari alla metà del suo carico di rottura.
Un coefficiente di 2, per certi particolari come il canotto della forcella o il nodo di sterzo di un telaio è effettivamente poco come margine in termini di sicurezza.
Per fare un esempio avulso dal contesto bike ma che dia una dimensione delle scelte progettuali, l'asse del timone di una barca a vela di 9 mt, sollecitato a flessione,taglio,torsione e sforzo normale viene calcolato applicando un coefficiente di almeno 4.

3) il carbonio ha, a differenza dell'alluminio, dei processi di riciclaggio molto più complessi e il prodotto della raffinazione non è mai materiale puro o comunque dotato delle caratteristiche meccaniche della fibra originaria.

l'alluminio non è necessariamente inferiore al carbonio, non esistono materiali superiori in senso assoluto, esistono però progetti ove i materiali sono impiegati con intelligenza.

 

[Ser pecora]

Restano i discorsi sulla facilità di ispezione dell'ALu, e sulla sua plasticità, che sono i veri grandi vantaggi di questo materiale, ma secondo me sono situazioni molto particolari.

Più o meno "facili"...l'alluminio col tempo (o meglio con le sollecitazioni ripetute) subisce una diminuzione della rigidità per via della crescita delle microcricche che, in pratica, è come se dessero una diminuzione delle sezioni resistenti. Questo capita perchè l'alluminio non ha un limite di fatica e quindi qualsiasi sollecitazione, di qualsiasi entità causa un danneggiamento progressivo. A questo si aggiunga la "tenacità alla frattura" che caratterizza le doti di resistenza del materiale in presenza di cricche. Ovvero il valore critico raggiunto il quale si ha rottura (nel caso di materiali fragili) o collasso plastico (nel caso di materiali duttili) espresso come il prodotto tra la tensione nominale applicata moltiplicata per la lunghezza caratteristica della cricca.
Valori indicativi per gli allumini della serie 7000 con trattamento T6 sono compresi tra 20 e 30MPa*m^0,5. Cio' significa che l'alluminio è molto sensibile agli intagli ed in presenza di tensioni notevoli bastano cricche di piccola profondità per causare la rottura. Se prendiamo i valori medi nel caso dell'alluminio basta una cricca di 1mm per causare rottura (ed è questo che lo rende più "povero" rispetto ad altri metalli più pregiati).
E' per questo che in applicazioni "delicate" si fanno ispezioni a raggiX anche per parti in alu.

Non a caso le bici da pista sono in alluminio proprio per questo motivo.

Tutte in carbonio ormai. Perlomeno i top di gamma.
Queste sono tra le più usate tra i pro:
http://www.dolan-bikes.co.uk/df3.html
http://www.lookcycle.com/en/us/piste/cadres/496-piste.html

 

[Ser pecora]

1) esistono telai realizzati in kevlar con un rivestimento superficiale in carbonio messo lì tanto per fare figura... questi telai, normalmente sono più economici di un telaio di produzione in carbonio puro.

Mai visto un telaio in kevlar. Me ne indichi uno?

Ho sempre visto il contrario: carbonio ricoperto di kevlar per aumentare la resistenza ad abrasioni o misto kevlar per aumentare la resistenza a trazione.
http://www.delta7bikes.com/arantix-mountain-bike.htm

 

[Danybiker88]

Tutte in carbonio ormai. Perlomeno i top di gamma.
Queste sono tra le più usate tra i pro:
[url]http://www.dolan-bikes.co.uk/df3.html[/URL]
[url]http://www.lookcycle.com/en/us/piste/cadres/496-piste.html[/URL]

Sono rimasto un po indietro
E' un mondo che seguo poco.
Sicuramente oggi è possibile realizzare telai in carbonio molto rigidi, cosa che qualche anno fa non era possibile fare.

 

[bomber91]

riguardo alla rottura dei telai nessuno ha preso in considerazione che l''isotropia' dei materiali è un concetto teorico, preso come base su cui applicare n formule e teorie applicabili. Non esiste un materiale perfettamente isotropo, delle piccole impurezze e difetti derivanti dal processo di produzione possono sempre essere presenti nel prodotto ottenuto: sia che sia al, carbonio, acciaio ecc ecc. Non per niente esistono delle prove non distruttive apposite per verificare l'effettiva struttura interna della lega in esame, quali gli ultrasuoni e l'ispezione con dei liquidi penetranti. Da ricordare anche la POSSIBILE presenza di bolle d'aria nei materiali, che indeboliscono in maniera non indifferente la sezione di materiale interessata, ancor di più nel caso in cui le sollecitazioni avvengano con sforzi ripetuti nel tempo, il fenomeno della fatica.

P.S. l'alluminio non è perfetto, il carbonio non è perfetto..noi lo siamo??

 

[bikerciuc]

...

 

[bikerciuc]

Mai visto un telaio in kevlar. Me ne indichi uno?

ciò che intendevo dire, era questo:
esistono telai di carbonio prodotti con estrema cura e con l'impiego di materiali di ultima generazione (vedi nanotubes etc), ed esistono telai venduti come 'puro carbonio' che del carbonio hanno in realtà la colorazione data dall'applicazione di una pelle superficiale che conferisca al telaio il 'carbon look' così attuale e di moda.
Non farei nomi, nè darei delle cifre, ma ritengo che quando trovi (in internet ce ne sono) un telaio in carbonio al prezzo di un telaio in alluminio magari la domanda di come mai costi così poco a uno possa (e debba) venire spontanea...

quanto al kevlar come rinforzo quello che volevo dire al punto 2 delle mie considerazioni è proprio quello che tu hai detto. Il kevlar può essere usato come rinforzo elastico a rivestimento del carbonio...

 

[Ser pecora]

ciò che intendevo dire, era questo:
esistono telai di carbonio prodotti con estrema cura e con l'impiego di materiali di ultima generazione (vedi nanotubes etc), ed esistono telai venduti come 'puro carbonio' che del carbonio hanno in realtà la colorazione data dall'applicazione di una pelle superficiale che conferisca al telaio il 'carbon look' così attuale e di moda.
Non farei nomi, nè darei delle cifre, ma ritengo che quando trovi (in internet ce ne sono) un telaio in carbonio al prezzo di un telaio in alluminio magari la domanda di come mai costi così poco a uno possa (e debba) venire spontanea...

quanto al kevlar come rinforzo quello che volevo dire al punto 2 delle mie considerazioni è proprio quello che tu hai detto. Il kevlar può essere usato come rinforzo elastico a rivestimento del carbonio...

Ok, capito. Anche se il discorso prezzi apre tutta una problematica spinosa.

Come già detto da qualcuno i problemi sono in fase di realizzazione.
A livello di saldature e forature (viti portaborraccia, etc.) per l'alu e bolle d'aria tra le fibre per il carbonio o delaminazione se interessa più strati.

Lo si puo' vedere in questa lastra (telaio specialized bdc):

P.S. l'alluminio non è perfetto, il carbonio non è perfetto..noi lo siamo??

Si, noi le bolle d'aria possiamo espellerle.

 

[bomber91]

Si, noi le bolle d'aria possiamo espellerle.

esatto, non ci avevo pensato!

 

[paolorobertozr]

Capisco cosa intendi, un telaio in carbonio non rinforzato avrebbe vita breve.

Il discorso è che che a conti fatti irrobustire un telaio in carbonio in modo che sia veramente robusto, vanifica quasi tutti i vantaggi legati dall'utilizzo del materiale stesso. Tra la maggior robustezza richiesta dal maggior coefficiente di sicurezza e i rinforzi si arriva praticamente al peso di un telaio in alluminio.

Nella MTB si punta sempre alla maggiore leggerezza. Come faccio a realizzare un telaio in carbonio sotto il kg? Limo sui rinforzi, non necessari ad un normale utilizzo. In questo modo il telaio rimarrà robusto alle normali sollecitazioni, ma in caso di caduta potrà rompersi.

A parità di robustezza il risparmio di peso ottenibile col carbonio non è così marcato, se si vuole andare oltre si deve giungere a compromessi, magari riducendo i rinforzi, visto che andare a minare la resistenza strutturale non è una scelta furba...

Giustissimo, io infatti non dico che è il fattore peso il vantaggio del carbonio... Anzi, avere un telaio 300g più leggero non credo cambi la performance a nessuno...

Per di più il Carb costa ancora troppo...ed il "mondo della mtb" deve ancora evolversi molto secondo me... c'è un margine molto ampio di progresso tecnico che non viene sfruttato, a prescindere dalla guerra alluminio carb... Alcune tecnologie guardano alle moto, altre alle Bdc, e secondo me ce ne è di strada.



O.t.: Canyon stà sperimentando addirittura il basalto!!! ha appena immesso sul mercato un reggisella.

 

[bikerciuc]

Capisco cosa intendi, un telaio in carbonio non rinforzato avrebbe vita breve.

Il discorso è che che a conti fatti irrobustire un telaio in carbonio in modo che sia veramente robusto, vanifica quasi tutti i vantaggi legati dall'utilizzo del materiale stesso. Tra la maggior robustezza richiesta dal maggior coefficiente di sicurezza e i rinforzi si arriva praticamente al peso di un telaio in alluminio.

Nella MTB si punta sempre alla maggiore leggerezza. Come faccio a realizzare un telaio in carbonio sotto il kg? Limo sui rinforzi, non necessari ad un normale utilizzo. In questo modo il telaio rimarrà robusto alle normali sollecitazioni, ma in caso di caduta potrà rompersi.

A parità di robustezza il risparmio di peso ottenibile col carbonio non è così marcato, se si vuole andare oltre si deve giungere a compromessi, magari riducendo i rinforzi, visto che andare a minare la resistenza strutturale non è una scelta furba...

be' io trovo al proposito interessantissimo il telaio prodotto dalla bianchi per la Methanol... mi sembra infatti che le tubazioni con la nervatura in mezzo aumentino le capacitò strutturali di molto contenendo al massimo i pesi... io lo trovo un telaio molto intelligente!

 

[schiesa]

O.t.: Canyon stà sperimentando addirittura il basalto!!! ha appena immesso sul mercato un reggisella.

basalto? roccia vulcanica??

 

[Ser pecora]

basalto? roccia vulcanica??

Si, ma in fibre. http://it.wikipedia.org/wiki/Fibra_di_basalto

A me sembra un po' una trovata commerciale (come le nanofibre)

E' l'ultima trovata anche per le racchette da tennis:
http://tennis.wilson.com/rackets/blx/technology/