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.