Aquí va la segunda entrega sobre los materiales empleados en la fabricación de cuadros de bicicletas mtb. En la parte I se presentaban algunas de las características que ha de presentar un cuadro de bicicleta y cómo la elección de los distintos materiales (acero, aluminio, titanio y fibra de carbono) afecta a las mismas.

Esta parte tiene un enfoque más técnico y está orientada a presentar las propiedades técnicas de los diferentes materiales así como una pequeña comparación de las propiedades de los mismos; para luego mostrar algunas de las aleaciones más utilizadas ya en la siguiente entrega.

Si bien, y como se comentó en la anterior entrada, se puede hacer un cuadro de bicicleta con la calidad deseada con cualquiera de los materiales usados, seleccionando los diámetros de tubos adecuados, espesores y la geometría del mismo.

PROPIEDADES

Algunas de las propiedades mecánicas más importantes a tener en cuenta son las siguientes:

  • Densidad: O el peso del material para un determinado volumen. Como dato significativo la densidad del aluminio supone 1/3 de la del acero y el titanio aproximadamente 1/2 de la densidad del acero. Pero esta propiedad no la hace excluyente, pues existen otras propiedades que han de jugar un papel esencial en la elección.
  • Rigidez: La rigidez viene determinada por una propiedad del material llamada “módulo elástico” o “módulo de Young“. El módulo elástico es independiente de la calidad o elementos de aleación en un metal dado.
  • Resistencia: La resistencia se determina por una propiedad del material llamada “límite elástico” o la fuerza aplicada sobre el material que origina una deformación permanente. El límite elástico se ve muy afectado por la calidad, tratamiento térmico y los elementos de aleación utilizados en una marca/modelo particular de la tubería.
  • Vida a fatiga: Hace referencia a la resistencia y vida del material sometido a cargas cíclicas de tensión inferior a la resistencia máxima. El pedaleo y las continuas irregularidades del terreno pueden suponer ciclos de carga que comprometan la vida del cuadro.
  • Ductilidad: Es la capacidad de un material metálico para deformarse plásticamente sin romperse bajo un esfuerzo de tracción. En el ámbito de la metalurgia se entiende por metal dúctil aquel que sufre grandes deformaciones antes de romperse, siendo el opuesto al metal frágil. La elongación  es una medida de esta capacidad y depende del tratamiento térmico y composición de la aleación.
  • Tenacidad: Es la capacidad de un material para absorber energía y deformarse plásticamente antes de la fractura y ha de suponer un balance entre resistencia y ductilidad. Un metal tenaz es más dúctil y se deforma en vez de presentar una fractura frágil antes de la fractura, sobre todo en la presencia de aumento de tensión tales como grietas y muescas. Un requisito importante de los tubos del cuadro es su capacidad para deformarse y dar aviso del fallo inminente por lo que la tenacidad es una propiedad importante a medir.

 

Curva tensión-deformación donde se aprecian visualmente algunas de las propiedades de un metal.

 

Como hemos comentado el módulo elástico (rigidez) y densidad (peso) son más independientes de la calidad del material, tratamiento térmico y elementos que componen la aleación. Mientras que el límite elástico (resistencia) si se ve afectado por las diferentes calidades del tubing. Pero hay que resaltar que no se fabrican tubos con las mismas dimensiones para los distintos materiales por lo que no es útil comprar todas las propiedades de golpe. Pero si sirve para resaltar como estas propiedades influyen en el dimensionado de los tubos. Así, la rigidez afecta al diámetro de estos, la resistencia influye sobre todo en el espesor de las paredes y el peso lo hace en ambas, diámetro y espesor del tubing.

Comparación de propiedades

El gráfico siguiente muestra la comparación de propiedades de los distintos materiales. La escala va del 1 al 5 siendo el orden creciente de menos a más óptimo.

Diagrama comparativo entre las propiedades de los diferentes materiales. Escala del 1 al 5 en orden creciente de menos a más óptimo.

A la vista del gráfico podría pensarse que las propiedades del titanio son mucho mejores que las del aluminio, por ejemplo. Pero haciendo referencia a lo comentado sobre el titanio en la parte I, el balance entre necesidades, uso y fabricación determina la elección de unos u otros. E insistir en que esta comparación sólo trata de mostrar las propiedades más características de los materiales y cómo estas pueden influir en su elección a la hora de fabricar un cuadro; pero sin que esto suponga excluir a los demás sólo por una valoración cuantitativa de las propiedades.

 

Héctor Puente Rubio (7 Posts)

Héctor es el ingeniero aeronáutico de NBICI.es y debido a su formación técnica en este blog nos hablará de fabricación de cuadros, materiales, aleaciones... Y quien sabe quien más. Además de biker en sus ratos libres también le gusta ser un runner.


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