Il Sarto con le Ruote | Acciaio, ritorno al futuro. Proprietà e caratteristiche.

IL SARTO CON LE RUOTE | Peter Boeris | Bicicletta Materiali Acciaio

Buon giorno a tutti e benvenuti al secondo incontro di Informazione tecnica riguardante la bicicletta.
Il primo argomento che avevo scelto riguardava un materiale nobile : il TITANIO.
Oggi ho deciso di dare la vetrina al conosciutissimo ACCIAIO.
Inizierei con una semplice domanda : come mai per molto tempo si è utilizzato l’acciaio nella costruzione dei telai?

Ritorniamo indietro di qualche decennio: il mastro artigiano per eccellenza era il telaista italiano. Nel nostro paese si ideavano tutte le novità inerenti ai tubi o ai particolari che completavano un telaio. Mi ricordo che avevamo raggiunto un livello talmente alto nella qualità che la differenza sul pregio di un telaio la facevano le lavorazioni che venivano fatte sulle scatole movimento, le congiunzioni, le pendine ecc. ecc. Le numerose aziende che costruivano i particolari da abbinare al telaio si facevano concorrenza non più sulla bontà del materiale( ormai scontata) ma soprattutto sul pregio estetico del singolo componente. Questo, secondo il mio modesto parere era la conferma dell’altissimo livello raggiunto dal settore ed ecco perché si è utilizzato l’acciaio per molto tempo. Riuscire a farci concorrenza era difficilissimo perché i parametri erano molto alti sia dal punto di vista del design che per le caratteristiche tecniche del materiale utilizzato. Voglio concludere dicendo: eravamo stanchi di trasmettere ai bocia (termine dialettale che si attribuiva al ragazzo di bottega) le conoscenze, il settore ha preferito delocalizzare le produzioni con il risultato di aver creato sul territorio un ridimensionamento a macchia di leopardo delle aziende. Sono comunque fiducioso perché il tessuto artigianale si è ridimensionato ma non è scomparso e quindi operando con prodotti che richiedono un’ alta professionalità piano piano il settore potrà riprendersi non più la torta ma almeno qualche fetta di mercato. Detto questo vorrei incominciare a fornirvi qualche informazione specifica sull’acciaio. Possiamo dividere l’acciaio in due gruppi:

A acciai non trattabili termicamente, la cui collocazione è determinata in base alle caratteristiche meccaniche.
Bacciai trattabili termicamente, la cui collocazione è determinata in base alle caratteristiche chimiche.

Questo gruppo lo possiamo scomporre in tre sottogruppi che sono:

Acciai non legati (quando la presenza di altri elementi è in % molto ridotta).

Acciai debolmente legati (quando ogni elemento speciale è presente in quantità inferiore al 5 %).

Acciai legati (quando almeno uno degli elementi speciali è presente in quantità uguale o superiore al 5 %).

Sicuramente vi interesserà conoscere le proprietà dell’acciaio e comprendere il perché del suo utilizzo.
Partiamo con elencare le proprietà più significative:

E = modulo elastico; viene misurato in Newton su millimetro quadrato (N/mm2). Definisce la capacità del materiale di deformarsi, sottoposto ad una forza e tornare nella posizione originaria. Più il valore è elevato e più il materiale è rigido.

Rs = carico di snervamento: è rappresentato dal limite fra le deformazioni elastiche (la capacità del materiale di ritornare nella posizione precedente la sollecitazione) e quelle plastiche. Cerco di esprimere il concetto in modo più esauriente : quando un materiale è sollecitato sotto un carico minore del suo carico di snervamento, si deforma in misura proporzionale al carico, e ritorna alla sua forma originale quando il carico è rimosso. Se caricato oltre il suo carico di snervamento, allora il materiale si deforma in proporzione maggiore rispetto al carico, e non torna più alla sua forma iniziale quando il carico è rimosso. Questo valore viene utilizzato per determinare le sezioni. L’unità di misura è N/mm2.

Rm = carico di rottura: non è altro che Il carico massimo che esso può sopportare senza rompersi, misurato anch’esso in N/mm2.

D = densità: la densità è definita come il rapporto tra la massa ed il volume di un oggetto D= m/V. Nel sistema internazionale l’unità di misura è il Kg/m³. La densità di una sostanza è, quindi, la quantità di materiale (massa) contenuta nell’unità di volume di quel materiale. Se vogliamo fare una piccola precisazione, la massa rappresenta la quantità di materia di cui è costituito un corpo, mentre il peso P è una grandezza vettoriale, ed è la forza con cui ogni corpo è attratto verso il centro della Terra . Si misura, come tutte le forze, in Newton (N). Il concetto che secondo me fa comprendere bene il valore di densità è: a parità di massa, la sostanza con il valore più elevato di densità occupa un volume minore.

A% = allungamento percentuale: definisce quanto un materiale si deforma prima della rottura. Faccio una premessa: per semplicità la scelta dei materiali non è specifica ma generale e quindi i valori confrontati in tabella sono approssimati e non esatti.
IL SARTO CON LE RUOTE | Peter Boeris | Bicicletta Materiali Acciaio Tabella

* Valori ottenuti dopo il trattamento di ricottura.

 

Osservando i valori dell’acciaio possiamo dire che sono i migliori o tra i migliori per quanto riguarda: modulo elastico, carico di snervamento, carico di rottura e allungamento, mentre sicuramente è il peggiore per quanto riguarda la densità.
Queste cifre lette in termini assoluti non rispecchiano esattamente la situazione. Vi chiederete il perché di queste affermazioni. La risposta è semplice: nel tempo i tubi utilizzati per fare i telai in acciaio hanno subito delle trasformazioni migliorando le proprietà e di conseguenza la struttura del telaio. Le serie di tubi che negli anni sono state offerte ai telaisti avevano le seguenti caratteristiche:

Acciaio: carbonio-manganese-vanadio con caratteristiche Rm= 700 N/mm2 – Rs= 650 N/mm2 – A=10%.
Non avevano alcun rinforzo particolare se non sul cannotto forcella. Lo spessore utilizzato in modo uniforme è di 0,8mm per i tubi del triangolo. Il peso del telaio si aggirava 1880 grammi.

Acciaio: Cromo-Molibdeno con caratteristiche Rm= 800 N/mm2 – Rs= 760 N/mm2- A=12%.
Compaiono i rinforzi ed il triangolo costituito dai tre tubi: orizzontale – passa da uno spessore di 0,8mm a 0,9/0,7/0,9mm e quindi un doppio rinforzo obliquo – passa da uno spessore di 0,8mm a 1,0/0,7/1,0mm e quindi un doppio rinforzo verticale – passa da uno spessore di 0,8mm a 0,6/0,9mm rinforzato verso la scatola movimento.
In questa fase si capisce che la struttura del telaio non può essere identica per tutti gli utilizzatori. Il peso viene migliorato e raggiunge circa i 1730 grammi.

Acciaio: Cromo-Molibdeno -Vanadio con caratteristiche Rm= 900 N/mm2 – Rs= 830 N/mm2 – A=12%.
I rinforzi rimangono ma diminuiscono gli spessori anche del carro posteriore e non solo del triangolo.

– orizzontale – passa da uno spessore di 0,9/0,7/0,9mm a 0,9/0,6/0,9mm con doppio rinforzo
– obliquo – passa da uno spessore di 1,0/0,7/1,0mm a 0,9/0,6/0,9mm con doppio rinforzo
– verticale – rimane inalterato a 0,6/0,9mm rinforzato verso la scatola movimento.

Il peso viene migliorato ulteriormente il telaio raggiunge circa i 1580 grammi.
Ci troviamo al momento del massimo utilizzo dell’acciaio, ed in questa fase vengono introdotte oltre che i rinforzi anche le nervature nei tubi. Per citare solo alcune lavorazioni troviamo tubi con:

Rinforzati con nervature elicoidali
Doppi rinforzi
Doppi rinforzi e nervature elicoidali
Doppi rinforzi con nervature longitudinali

La ricerca continua e le composizioni chimiche diventano sempre più elaborate in modo da poter ridurre gli spessori ma aumentando i valori delle proprietà meccaniche.

Acciaio: Cromo-Molibdeno –Vanadio-Niobio con caratteristiche Rm= 1200 N/mm2 – Rs= 1030 N/mm2 – A=12%.
I rinforzi rimangono ma diminuiscono ulteriormente gli spessori dei tubi.

orizzontale – passa da uno spessore di 0,9/0,6/0,9mm a 0,7/0,4/0,7mm con doppio rinforzo
obliquo – passa da uno spessore di 0,9/0,6/0,9mm a 0,8/0,5/0,8mm con doppio rinforzo
 verticale – passa da uno spessore di 0,6/0,9mm a 0,6/0,8 rinforzato verso la scatola movimento.

Boeris Bikes | Acciaio Boeris Bikes | Acciaio Telaio

Il peso viene migliorato ulteriormente e il telaio raggiunge circa i 1430 grammi. Che cosa succede a questo punto? Il ciclista appassionato della bicicletta sia da strada sia mtb richiede la leggerezza e questa diventa la caratteristica principale per evidenziare la qualità del prodotto. In modo improprio si attribuisce all’alluminio la giusta alternativa all’acciaio poiché i telai di media qualità in alluminio riescono ad eguagliare il peso di un telaio di alta gamma in acciaio, ma con un costo del telaio in alluminio molto inferiore. Parleremo ed approfondiremo successivamente delle qualità e delle problematiche che caratterizzano l’alluminio.
Concludendo, oggi la ricerca sull’acciaio è andata avanti e le composizioni chimiche sono diventate sempre più complesse, si raggiungono livelli di caratteristiche meccaniche ottime quali per esempio: Rm = 1300 N/mm2 , Rs = 1080 N/mm2, con un allungamento percentuale minimo del 14%.Rimane comunque il problema della densità che non consente di raggiungere i pesi del carbonio. Un telaio da strada in una misura media raggiunge un peso di circa 1350 grammi… di qualità (concedetemi il giudizio).
Chi desidera avere un prodotto affidabile nel tempo, un’elevata resistenza a fatica e un carico di rottura vicino a quello dei compositi sicuramente deve prendere in considerazione un telaio in acciaio. Grazie alle competenze e alla bravura dello specialista del settore la bicicletta realizzata con tubazioni in acciaio riuscirà a fornire affidabilità e risposta allo scatto, e chi percorrerà lunghe distanze apprezzerà anche il confort. Se questo approfondimento vi aiuterà a valutare la Bicicletta unica per voi vi prego di incoraggiarmi per il successivo articolo. Buona pedalata.

 

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