alluminio, acciaio, carbonio....

[aspes]

visto l'interesse suscitato dalla famosa storia delle flange in alluminio che cedono sostituite poi dall'acciaio, faccio un copia incolla di un mio vecchio articolino sui materiali, cosi' per divertimento.Forse l'ho gia' fatto in passato, non ricordo.
Dunque,le considerazioni seguenti si baseranno prima sui materiali, e poi
sulle forme dei telai da moto.Per le considerazioni sui materiali attingo
alla tecnologia ciclistica che e' molto piu' avanti di quella
motociclistica.Il perche' e' presto detto, in una bici da competizione il
rapporto tra leggerezza e resistenza e' estremamente piu' spinto che su una
moto.In pratica, se possedete una bici da corsa o mtb da 5-6000 euro in su
potete star certi che il materiale del vostro telaio e' certamente superiore
o al minimo pari a quello di una motogp ufficiale (e non scherzo).
Tralasciamo le fibre di carbonio o altri compositi che sulle moto non sono
usati (in genere), e che hanno per una produzione di serie gravissimi difetti (telai non riparabili ne modificabili, per non parlare dei costi), e concentriamoci sui metalli, acciaio, alluminio,titanio.
I metalli (e non solo)hanno caratteristiche fisiche (noi considereremo il
peso specifico),caratteristiche meccaniche (allungamento,resistenza alla
trazione,allo snervamento, alla fatica),chimiche (resistenza alla
corrosione).
Il peso di un cubo da 10x10x10 cm in alluminio e' 2,7 kg. Se il cubo e' in
acciaio pesa 7,85 kg, 4,55 kg se in titanio, 1,5 kg se in carbonio.
Allora perche' un telaio in alluminio non pesa un terzo di uno in
acciaio? vediamo le altre doti
La rigidita' e data dal modulo di Young,per l'acciaio 21.000kg/mmquadrato,per alluminio 7300kg/mmquadrato, titanio 11900 kg/mmquadrato.
Questo modulo non dipende dal tipo di acciaio o alluminio o titanio, scarso o buono che sia questo numero non cambia!Ecco allora che se uno
moltiplicasse la cifra di prima per queste otterrebbe risultati simili, come
dire l'alluminio pesa un terzo dell'acciaio ma e' tre volte meno rigido, il
titanio la meta' dell'acciaio ma e' due volte meno rigido.
Parliamo ora di allungamento,carico di snervamento e rottura.
Prendete un provino, un tubetto insomma, dei vari materiali e di dimensioni uguali, cominciate a tirarlo, per un certo tratto si deformera'
elasticamente, ossia se mollate torna alle dimensioni originarie(pensate a
una molla),se continuate a tirare si snerva, ossia cambia forma
permanentemente, se continuate si spezza.Misurando il carico in queste tre fasi consecutive si hanno i dati sulla duttilita' del materiale, il carico
di snervamento e quello di rottura. Quanto piu' alti i numeri, quanto meglio il materiale.
La "fatica".
Prendete un pezzo di materiale, sottoponetelo a uno sforzo progressivo
ripetuto (esempio molleggiate ritmicamente su una molla,per capirci) con un certo peso, supponiamo si rompa dopo 500.000 cicli, se il peso raddoppia per esempio dopo 300.000 cicli, se decuplica magari si rompe dopo 5 cicli.Insomma tracciate una curva della fatica.Esiste per acciaio e titanio una sollecitazione al di sotto della quale (limite di fatica) i cicli
possono essere infiniti senza rotture.Per l'alluminio NON esiste,anche con
sollecitazione bassissima prima o poi si rompe.
Parliamo ora di diversi tipi di acciaio e alluminio.Le leghe esistenti sono
centinaia! allora uno potrebbe dire:se uso un acciaio speciale con
resistenza (carico di rottura) doppio, posso dimezzare lo spessore del tubo e quindi far un telaio che pesa meta'?si, ma con riserva,come vedremo dopo.E se l'alluminio e' tre volte meno rigido dell'acciaio, perche' i grossi tubi delle tubazioni di alluminio a parita' di peso sono cosi' rigidi?qui interviene oltre al materiale la dimensione fisica!Occhio alla formula! a parita' di spessore un tubo di diametro doppio e' otto volte piu' rigido,ma il suo peso aumenta solo del doppio.Allora, alluminio o acciaio il concetto malsano potrebbe essere:facciamo tubi di diametro enorme e sottili come la carta velina!Pero' se il rapporto tra diametro e spessore di un tubo supera il numero di70-80 si ha l'effetto "lattina della coca cola",che puoi montarci in piedi sopra, ma la schiacci con le dita sui lati.Insomma, una rigidita' orientata solo in una direzione.
E ora veniamo ai telai delle nostre amate moto, confrontando un telaio in
tubi di acciaio tipo ducati,fazer,bandit,moto da cross etc etc
con uno in tubi di alluminio tipo suzuki sv,tl etc si nota subito la sezione
superiore dei tubi in alluminio per i motivi anzidetti, il peso sara'
analogo all'incirca sempre per gli stessi motivi,ma quello in alluminio
potrebbe pesare un po meno per la considerazione fatta quando ho detto
"occhio alla formula".In pratica usando anche leghe piu' o meno splendide,il confronto e' circa pari, e idem per il titanio.
Se consideriamo i telai sportivi jap, questi sono una scelta
vincente sotto il profilo industriale ma con i suoi limiti, e spiego il
perche':grazie alle parti di cannotto e pedane-perno forcellone in fusione e i travi in trafilato, costano molto poco, anche le saldature sono semplici e dritte. Per contro non hanno alcun vantaggio sensibile rispetto a un traliccio tipo ducati nel peso.Quest'ultimo costa molto di realizzazione, ci sono decine di saldature e la preparazione delle teste del tubo che non sono ovviamente dritte.
Il telaio in acciaio si puo' riparare e modificare, quello in alluminio e'
molto piu' critico da questo punto di vista.Finiamo circa la resistenza alla
corrosione:vince il titanio, che e' eterno e non richiede verniciatura.L'acciaio va verniciato o cromato, o zincato oppure deve essere inox,etc etc, insomma sappiamo tutti cosa e' la ruggine.Anche l'alluminio nel tempo si ossida, per questo viene anodizzato.

[PMiz]

Alla faccia Aspes, mangiato pesante?

Scherzo ... e' interessante ...

[aspes]

ma no, ho copiato e incollato una cosa di quando ero ancora sveglio... e' abbastanza discorsiva tutto sommato.

[zergio]

perchè non è giustificato?

manco le leggo le cose fatte così.

[sartandrea]

.........Per le considerazioni sui materiali attingo
alla tecnologia ciclistica che e' molto piu' avanti di quella
motociclistica.Il perche' e' presto detto, in una bici da competizione il
rapporto tra leggerezza e resistenza e' estremamente piu' spinto che su una
moto.......................
piccolo OT

nel '90 (circa 15kg fa :lol:) comprai una MTB della Raleigh-Usa che aveva due particolarità rispetto alla concorrenza
- il telaio misto Acc.-Alluminio serie 7000 "incollato", ovvero il triangolo principale in All. mentre il carro post. e la forca in Acc.
- la forcella Tange Big Fork a steli dritti, a differenza delle Trek che erano curvi


quella fu l'ultima MTB che usai seriamente (circa 6500 km/anno) e dopo di me gli tocco la brutta sorte di passare sotto le mani di mio figlio :rolleyes: :rolleyes:

bene, deve ancora scollarsi :lol: :lol: :lol:


giusto per fare un esempio di come erano avanti nel campo telai......

[Roberbero]

In campo moto, la tecnologia di incollare alluminio e acciaio è usata, mi pare solo dalla Benelli e dalla Suzuki per il forcellone della DR350, ma li hanno incollato una fusione d'alluminio su un profilato sempre d'alluminio

Dico una curiosità che non riguarda i telai delle moto ma che è stata usata per degli aeroplani.
Il materiale più rigido a parità di peso è il legno.

[Bombo]

vero, il legno è il materiale "composito" per eccellenza. correggo solo il termine "rigido" con resistente e tenace

bell'articoletto aspes! :)

[squalo]

.....Anche l'alluminio nel tempo si ossida, per questo viene anodizzato.

Ni
Nel senso che l'alluminio si ossida naturalmente e l'ossido è coerente (non si stacca) e protegge l'alluminio sottostante.
Anodizzarlo lo rende un po più resistente alla corrosione perché lo strato di ossido "artificiale" è superiore e più omogeneo di quello "naturale".

[Bombo]

zakete... e lo squalo è rapido e preciso!

[PATERNATALIS]

Aspes se ho capito bene l' allumino prima o poi si rompe se sollecitato.Mi devo innervosire la prossima volta che salgo su un aereo ? Come fanno ad essere ragionevolmente sicuri che non si rompa? Sono curioso.

[aspes]

Pat, e' un discorso teorico, ma reale. L'alluminio se sollecitato un numero di cicli "sufficiente" si rompe a fatica. QQUesto numero non e' infinito come per l'acciaio se la solecitazione e' SOTTO un certo livello. Non a caso nonvedrai mai una molla in alluminio.Ovviamente passando dalla teoria alla rpatica, basta che il dimensionamento sia tale che il numero di cicli per ottenere la rottura sia enormemente superiore a quelli che fara' il pezzo nella sua vita e siamo a posto.
Sapevo che i primi telai honda cross in alluminio duravano una stagione in sicurezza, e questo causava anche molta perplessita' sull'acquisto degli usati. Tra l'altro anno dopo anno hanno "limato" parecchio la rigidita' di quei telai perche' i primi erano inguidabili (per sentito dire). Nel fuoristrada resta una corrente di pensiero molto accreditata per l'acciaio, ed e' giusto a mio avviso.
Per venire agli incollaggi, molta gente di istinto e' prevenuta. L'incollaggio strutturale ha il solo difetto che non e' rimovibile come una imbullonatura, ma e' una cosa tecnicamente formidabile perche' leggero, e perche' sopratutto concentra lo sforzo su una superficie enorme e non limitata come un bullone.quindi la sollecitazione per centimetro quadrato e' bassissima e il materiale non e' stressato. Sempre come escursus, perche' gli aerei o le navi o la torre eiffel hanno miriadi di ribattini ravvicinati relativamente piccoli? per distribuire lo sforzo su ampia superficie , invece che bulloni grossi distanziati che concentrerebbero tutto lo sforzo su pochi punti che sicuramente si romperebbero priam o dopo. L'incollaggio e' come avere infiniti ribattini.
Il legno infine , come tante cose della natura e' tecnicamente una meraviglia del creato. COme le ossa, ancora meglio. Le ossa sono "progettate a robustezza differenziata secondo la direzione di sollecitazione, una meraviglia. Fare un telaio di ossa pero'...

ps: il testo l'ho scritto circa 20 anni fa...

[chuckbird]

Io penso che il problema acciaio vs alluminio, come scelta sui moderni telai da moto e soprattutto da mtb, ambito nel quale sotto questo punto di vista sarei più ferrato, sia prevalentemente motivato da essenzialmente due aspetti che cito in ordine di importanza:

1) Estetica/moda
2) Rigidità

I tubi grossi, con larga sezione, delle forme più disparate permettono di realizzare telai dalle forme non banali. Considerate anche il fatto che, specie un tempo, andavano molto in voga gli scatolati d'alluminio (Foes, Orange) o gli estrusi (Ellsworth con la Dare o la Joker) con forme e geometrie inattuabili con il più banale acciaio (parlo sempre di MTB perché gli effetti sono più lampanti, per le moto non mi pronuncio ma la solfa è più o meno simile) che permetteva al max di realizzare il classico triangolo in tubi sottili.
Anche la scelta della forma dei tubi con l'alluminio diviene molto più versatile, basti pensare alla enorme quantità di telai con tubi quadri e svasati che si vedono in giro.

Per non parlare dei tubi con spessore non uniforme (vedi Cannondale).

Non ultimo la lavorabilità: l'avvento dell'alluminio ha permesso l'integrazione di differenti parti lavorate cnc, cosa che in ambito acciaio sarebbe stata sicuramente molto più onerosa per la più difficoltosa lavorabilità e maggiormente inattuabile dato il maggior peso di pezzi ricavati dal pieno.

L'esplosione dell'alluminio in ambito mtb è scaturita con l'avvento delle bici full, in cui la maggior rigidità strutturale ben si sposava con i sistemi ammortizzanti meccanici e con i problemi dinamici che, specie agli inizi, questi ultimi comportavano.

Giusto per gli amanti, mi piace ricordare due gloriosi marchi di Mountain Bike full in acciaio, due vere rarità: la newyorkese Brooklyn Machine Works e la neozelandese Kiwi.

Il discorso del peso per quanto riguarda acciaio vs alluminio, visti i differenti accorgimenti costruttivi per i due materiali, potrebbe essere di quaternaria importanza.

Le qualità di un buon telaio in acciaio, che lo fanno preferire all'ormai onnipresente alluminio sono nell'ordine: la resistenza alle sollecitazioni (specie nei punti di saldatura) e la minore rigidità strutturale, utilissima ad esempio nelle bici da street che per antonomasia sono tutte front, nonostante oggi si inizino a vedere bici da street full.

Una buona bici da street in acciaio è realmente indistruttibile anche se paragonata alla più moderna e resistente bici da DH con sospensioni da 300mm :lol:

[NumberOne]

Si ma le tue conclusioni??

[chuckbird]

Che se si bada alla sostanza... l'acciaio vince sempre e comunque.

[NumberOne]

Anche quelle di aspes....

@chuckbird: peccato che in ambito motociclistico i telai in acciao siano sempre più di nicchia. Da molto anche il cross è passatto all'AL...

[chuckbird]

Guardati le nuove Bimota da enduro... hanno il telaio in acciaio ;)

http://www.moto.it/EICMA/bimota.html

[martix77]

Aspes se ho capito bene l' allumino prima o poi si rompe se sollecitato.Mi devo innervosire la prossima volta che salgo su un aereo ? Come fanno ad essere ragionevolmente sicuri che non si rompa? Sono curioso.

Gli aerei vengono progettati a propagazione di cricca. :rolleyes:

Ovvero, per esigenze di peso (ed altre), i componenti vengono progettati per avere una certa vita. Non mi dilungo sulle metodologie per la progettazione e la validazione di tali componenti ma alla fine il risultato è che quando "scadono" vengono sostituiti.

Quindi puoi andare tranquillo... se l'aereo ha fatto manutenzione correttamente! ;)

[catenaccio]

Aspes adesso che hai messo un antipasto sulla fatica ecc cominciamo a parlare di cose serie tipo criterio del Sines, fatica multiassiale, Sigma medio, Tau ottedrale diagramma di Haigh.... :lol: :lol:

[sartandrea]

Che se si bada alla sostanza... l'acciaio vince sempre e comunque.
senza dubbio

questa è la Cinelli "The Machine", una MTB in acciaio di fine anni '80

premesso che la Cinelli negli anni '80 era per me il miglior costruttore italiano di MTB, questo modello utilizzava tubi Columbus Max OR in in acciaio Nivacrom con sezioni ellittiche orientate

ebbi modo di provarla e ricordo ancora la grande efficienza in pedalata unita ad una buona stabilità nelle ripide discese sui sentieri, cosa che non aveva l'ultima Cinelli che ho posseduto, la Ottomilauno

ormai sono fuori dal giro da un pò, ma non so se sono state realizzate MTB in acc. superiori a questa in termini di rigidità pur mantenendo una grande snellezza di forma come la The Machine

http://mombat.org/TAMSide.JPG



comunque se proprio non ho irrinunciabili esigenze di forma preferisco l'acc. 10 volte.....

[sartandrea]

.........Da molto anche il cross è passatto all'AL...
tranne la KTM

non so se nel cross sia meglio l'alu o tubi in acc. con sezioni particolari

[chuckbird]

Sempre in ambito di MTB, un altro esempio di versatilità offerta dall'alluminio è apprezzabile su alcuni telai di un produttore tedesco molto di nicchia: Nicolai.

http://www.nicolai.net/16-1-Rahmen.html

In particolare i telai nucleon:

http://img210.imageshack.us/img210/3788/immaginejcd.png (http://imageshack.us/photo/my-images/210/immaginejcd.png/)

caratteristici per poter ospitare nel telaio il carterino lavorato CNC che contiene il Roholoff che è un sistema di trasmissione innovativo che permette cambiate fulminee con la catena sotto sforzo a anche senza pedalare (nei normali montaggi prende il posto del mozzo posteriore)

http://www.rohloff.de/en/products/speedhub/

http://www.youtube.com/watch?v=S5a5DPsac2Q&feature=player_embedded#!

Da notare gli enormi fazzoletti di rinforzo per compensare ai tubi in alluminio di sezione ridotta.

[aspes]

le analogie tra bici e moto comunque sono molte, anche nelle moto chi ha memoria ricordera' che nell'inizio anni 80 ci frono delle 50 e 125 da gp con telaio scatolato in alluminio (o lamiera sottile di acciaio, non ricordo), erano le bultaco e forse le garelli.
Comunque se devo dire una differenza importante tra moto e bici e' che le bici di pregio vengono prodotte in numero limitato di esemplari e questo spinge la ricerca all'esoterico oltre ogni immaginazione, si possono normalmente comprare bici che sono realmente piu' sofisticate sui materiali delle moto gp e perlomeno pari a una formula 1 se non superiori. Nelle moto conta molto anche l'economia di produzione, e inutile dirlo.....come ormai noto in qualunque ambito industriale, una volta costava il materiale e non costava la mano d'opera. Oggi e' il contrario, per cui l'essenziale e'...fare poche saldature e poca preparazione alle saldature.
da questo punto di vista i travi stile deltabox, che sfruttano piastre laterali e zona cannotto di sterzo ricavate da fusioni e poi fanno 2 -3 saldature perlopiu' dritte,costano molto meno che un traliccio di tubi saldati e preparati uno a uno. Il tutto a prescindere dalle doti funzionali che e' altro discorso. Ma in fase di produzione conta certamente il risparmio , nelle bici di alta gamma molto meno.
Poi non neghiamolo, il fattore moda c'e' sempre. Io mi sono interessato molto di bici a inizio anni 90, il proliferare di schemi per la sospensione dietro era paragonabile ad analogo fenomeno 10 anni prima per le moto, contava piu' essere diversi e stupire che non avere un buon funzionamento.

[marcomart]

Interessante discussione la seguo con attenzione e condivido le vostre considerazioni

[branchen]

Pat, e' un discorso teorico, ma reale. L'alluminio se sollecitato un numero di cicli "sufficiente" si rompe a fatica. QQUesto numero non e' infinito come per l'acciaio se la solecitazione e' SOTTO un certo livello.

Il succo è che i salti di Cadwell Park è meglio andarli a fare con la Fazer 1000, il "vecchio" telaiotto coi tubi di acciaio non tradisce :eek:
:)

[pacpeter]

davvero interessante.

ma portando il discorso sulla famosa flangia che si cricca, un'idea del perché succeda?

[Mad Mat]

...butto benzina...
se per la flangia fosse una rottura a fatica dovuta alla sollecitazione pulsante dell'ABS?
Ora vado a rivedere com'è fatto il pezzo

[aspes]

per me la flangia cede a fatica, c'e' poco da fare. QUando freni quei 5 bulloni trasmettono la coppia frenante alla ruota, quindi un certo sforzo lo fanno. La ruota prende i colpi della strada oltre il peso della moto e quindi pure i suoi bulloni un certo sforzo lo fanno. Ovviamente tutto dovrebbe essere dimensionato per fregarsene altamente per i millenni, evidentemente non e' cosi'.

[pacpeter]

le viti che stringono sono in acciaio........ sono inox ????????

ossido? o solo rottura da fatica?

[SKITO]

amo il doppia culla a tubi tondi di acciaio ..... il resto (per me) son tutte seghe mentali ((insieme ai materiali .... (fa pure rima rotfl!)

[TommyGS]

http://img543.imageshack.us/img543/5695/img20120902175100.jpg

questa è una rottura da fatica, per via della cricca, può essere sia dovuta al carico pulsante che magari a una difettosità di lavorazione imho....
per tornare in 3d: aspes mi hai fatto tornare gli incubi di quando preparavo metallurgia!!!
Grazie-.-

:)

[aspes]

difettosita' di lavorazione per tutte le flange nello stesso punto? e' che li' ci manca un po' di ciccia altro che storie.

[sartandrea]

la flangia??

un errore di progettazione alla fatica

quindi avevano due possibilità,
riprogettare la flangia per aumentarne la sezione resistente o aumentare la resistenza a parità di sezione, ovvero acciaio

se il problema fosse dovuto solo al trattamento non penso che cambiavano il materiale

[gldicle]

A proposito dei telai in alluminio ricordo un fatto a cui ho assistito personalmente quando lavoravo nel settore motociclistico. Ero in una officina ed un cliente nonché amico del meccanico e mio entra con la sua nuova ZXR purtroppo incidentata, caduto da solo ... chiede al meccanico di fare un preventivo e lui, notando un bozzetto sul trave del telaio in alluminio, gli consiglia di far sparire la moto. Da lì si è innescata una discussione. Il meccanico sosteneva che la botta presa sul trave laterale lo ha "abbozzato" (rendendolo concavo quindi) all'esterno ma all'interno potrebbe facilmente essersi creata una frattura sulla "rientranza" convessa proprio a causa della rigidità dell'alluminio e del sottilissimo spessore della parete del trave. Questa frattura è chiaramente invisibile in quanto trovasi all'interno di un scatolato ma facilmente si propagherà fino a provocare la rottura del trave. E ce lo ha dimostrato dando una martellata su un profilato di alluminio che aveva in officina. Bè, dopo la martellata lo abbiamo aperto e dentro c'era la crepa.

[sartandrea]

poi vorrei aggiungere una considerazione in parte già fatta nel topic della flangia

bisognerebbe evitare come la peste collegamenti "strutturali" filettati su alluminio quando ci sono serie possibilità che vengano gestiti da "cani e porci" come le viti delle ruote
se uno esagera con la coppia di serraggio (cani e porci chiudono sempre troppo, mai poco...) di una candela o del tappo olio, rovini il filetto tiri giù cristi e santi ma nessuno si fa del male

ma con le viti delle ruote (collegamento strutturale) su Alu la cosa potrebbe diventare anche pericolosa


la Piaggio non a caso sul tamburo in Alu del PX ha previsto i prigionieri in Acc. per il cerchio gomma anche se "economicamente" poteva lasciare il foro filettato in Alu e prevedere 5 viti invece di 5 dadi .....;)

[PATERNATALIS]

difettosita' di lavorazione per tutte le flange nello stesso punto? e' che li' ci manca un po' di ciccia altro che storie.

In effetti ieri mi e' venuto in mano ( ......) il tamburo freno della PX. Per carita' altra lega indubbiamente. Pero' per un affare che pesa meno di un terzo e fa 1\4 della velocita' , per non parlare di coppia e potenza, mi sembra cosi' a occhio che la BMW sia un po' risicata. Magari non capisco na sega, ma se ci aggiungo tutti quegli spigoli e quei fori .......:mad::mad:

[Roberbero]

Il tamburo freno, quello della PX non lo conosco, si scalda molto è lì, l'alluminio è indicatissimo per le sue superiori caratteristiche di smaltire il calore.

Secondo mè quando un pezzo è piccolo e deve fare grandi sforzi, l'acciaio è il materiale più indicato e sicuro.

[evo_angel]

ma poi (non trovo più il thread) com'era andata a finire la storia di quell'utente a cui si era spaccata la fusione del monobraccio?
Anche quello è in alluminio! ed è capitato anche ad altri mi sembra.
Roba da far venire i brividi :rolleyes:

Io non me ne intendo, ma è possibile che siano un po scadenti ste fusioni di mamma bmw??