Fibra de Carbono vs Aluminio

andreti

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19 Ene 2011
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Los muchachos de Pinkbike hicieron una comparativa de la resistencia de un cuadro de fibra de carbono y otro similar de aluminio, con características técnicas relativamente similares en el laboratorio de SantaCruz y publicaron los resultados en video y fotos en:

http://www.pinkbike.com/news/santa-cruz-bicycles-test-lab.html

Obviamente no todos los cuadros de carbono se fabrican bajo la misma especificación y hay una gama de calidades importante, pero decir que la fibra de carbono se rompe así nomás parece una conclusión apresurada ;)
 
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19 Ene 2011
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andreti dijo:
Obviamente no todos los cuadros de carbono se fabrican bajo la misma especificación y hay una gama de calidades importante, pero decir que la fibra de carbono se rompe así nomás parece una conclusión apresurada ;)
Está interesante el test que muestran los de Pinkbike, aunque igual he visto muchos cuadros de fibra de carbono que se rajan solos, sin choques ni golpes, ni uso abusivo. Tiene sus pro y sus contras, hay que elegir bien y probar.
 

fox

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3 May 2011
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esta muy bueno el informe pero el tema del carbono, a mi no me termina de convencer, si es mas flexible, mas liviano y uno de los materiales tan resistente como el acero, pero el tema es que como es un material compuesto esto ultimo va depender de el tipo de aleación, como es caro aún la construcción de un cuadro en fibra la manera de abaratarlo es el bajar la calidad de los compuestos o de las capas etc, son en los casos que aparecen (fisuras y quebraduras).
En definitiva no se hasta donde es tan rentable tener uno, el peso? donde baja de peso la bicicleta en comparación al aluminio, en realidad es en los componentes, porque en el cuadro no es tan significativo como para justificar el gasto, en la rigidez? si es un poco mas rígido, pero en durabilidad me parece que el aluminio se lleva el trofeo, mas aún después de ver la calidad del mismo en estos últimos años.
Para mi al que le queda bien el carbono, es a los elite pagos por las marcas, que le dan a razón de 10 a 15 bicicletas al año, de esa manera no tienen margen de ver si dura mas o menos, si quiera le dan tiempo a fallar.
 

Skylined

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6 Ene 2011
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La verdad es que a mi me alcanza con las fotos que vi.

No me hace gracia que la bici o los componentes literalmente se rompan así nomás, aparte de que está el riesgo de que se rompan en el peor momento.

A eso hay que sumarle el mayor costo que tienen las bicicletas y componentes de carbono.
Seguramente aca le tengamos que sumar el problema del poco o nulo stock al momento de reclamar la garantía.
Si no existiera este problema, igual creo que por ahora no me animo a tener ni 1 solo componente hecho de carbono.

Me acuerdo cuando compré mi manillar Ritchey WCS, la diferencia de peso entre aluminio y carbono era de unos 10 o 20 gramos nada más y el precio se iba al doble.


PD: los que hicieron las pruebas son unos misiles, no usaron protección alguna.
Y sacaron el lente de la camara y no lo taparon para que no junte polvo.
 
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19 Ene 2011
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Yo opinaba lo mismo hasta q me compre el GT Fury Carbon Team,la verdad excelente de donde lo mires no es un santa cruz pero realmente uno se siente mejor con este cuadro,tuve un specialized Demo 8 y me gusta mucho mas el gt de carbon ..............Nunca pense en comprarme un cuadro de DH de carbon pero se dio y estoy muy contento con el mismo,la muchachada del dh lo han probado y por ahora todos quedaron satisfechos ..............
 
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20 Ene 2011
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Skylined dijo:
Si no existiera este problema, igual creo que por ahora no me animo a tener ni 1 solo componente hecho de carbono.
¿Separadores de fibra de carbono?

maldombe dijo:
[...] GT Fury Carbon Team [...]
+1

El Aluminio (contra un omnibus) también se parte...

4jxfnb.jpg
 
Última edición por un moderador:
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3 Ene 2012
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En general los materiales tienen puntos altos y bajos y depende si lo exigís en su virtud o en en su debilidad el resultado que se obtiene.
El Diamante es un material muy duro pero irónicamente es muy frágil. (soporta presión pero no golpes)
El Algodón soporta temperaturas muy altas pero es muy inflamable. (soporta calor pero no llama)
El acero sin templar es maleable, templado es mas rígido pero se parte al flexarlo

FIBRA DE CARBONO (Wikipedia):

Las propiedades principales de este material compuesto son:

-Elevada resistencia mecánica, con un módulo de elasticidad elevado.
-Baja densidad, en comparación con otros elementos como por ejemplo el acero.
-Elevado precio de producción.
-Resistencia a agentes externos.
-Gran capacidad de aislamiento térmico.
-Resistencia a las variaciones de temperatura, conservando su forma, sólo si se utiliza matriz termoestable.

Las razones del elevado precio de los materiales realizados en fibra de carbono se debe a varios factores:

El refuerzo, fibra, es un polímero sintético que requiere un caro y largo proceso de producción. Este proceso se realiza a alta temperatura -entre 1100 y 2500 °C- en atmósfera de hidrógeno durante semanas o incluso meses dependiendo de la calidad que se desee obtener ya que pueden realizarse procesos para mejorar algunas de sus características una vez se ha obtenido la fibra.
El uso de materiales termoestables dificulta el proceso de creación de la pieza final, ya que se requiere de un complejo utillaje especializado, como el horno autoclave.

Aluminio
Características mecánicas:

Mecánicamente es un material blando (Escala de Mohs: 2-3-4) y maleable. En estado puro tiene un límite de resistencia en tracción de 160-200 N/mm2 [160-200 MPa]. Todo ello le hace adecuado para la fabricación de cables eléctricos y láminas delgadas, pero no como elemento estructural. Para mejorar estas propiedades se alea con otros metales, lo que permite realizar sobre él operaciones de fundición y forja, así como la extrusión del material. También de esta forma se utiliza como soldadura.

ALEACIONES

Serie 1000: realmente no se trata de aleaciones sino de aluminio con presencia de impurezas de hierro o aluminio, o también pequeñas cantidades de cobre, que se utiliza para laminación en frío.

Serie 2000: el principal aleante de esta serie es el cobre, como el duraluminio o el avional. Con un tratamiento T6 adquieren una resistencia a la tracción de 442 MPa, que lo hace apto para su uso en estructuras de aviones.

Serie 3000: el principal aleante es el manganeso, que refuerza el aluminio y le da una resistencia a la tracción de 110 MPa. Se utiliza para fabricar componentes con buena mecanibilidad, es decir, con un buen comportamiento frente al mecanizado.

Serie 4000: el principal aleante es el silicio.

Serie 5000: el principal aleante es el magnesio que alcanza una resistencia de 193 MPa después del recocido.

Serie 6000: se utilizan el silicio y el magnesio. Con un tratamiento T6 alcanza una resistencia de 290 MPa, apta para perfiles y estructuras.

Serie 7000: el principal aleante es el zinc. Sometido a un tratamiento T6 adquiere una resistencia de 504 MPa, apto para la fabricación de aviones.
 
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argiovi dijo:
En general los materiales tienen puntos altos y bajos y depende si lo exigís en su virtud o en en su debilidad el resultado que se obtiene.
El Diamante es un material muy duro pero irónicamente es muy frágil. (soporta presión pero no golpes)
El Algodón soporta temperaturas muy altas pero es muy inflamable. (soporta calor pero no llama)
El acero sin templar es maleable, templado es mas rígido pero se parte al flexarlo

[...]

Serie 6000: se utilizan el silicio y el magnesio. Con un tratamiento T6 alcanza una resistencia de 290 MPa, apta para perfiles y estructuras.

Serie 7000: el principal aleante es el zinc. Sometido a un tratamiento T6 adquiere una resistencia de 504 MPa, apto para la fabricación de aviones.
Muy bueno.

Quiero aportar esto, extra al material expuesto:

Aluminum 6061-T6
density: 0.***5 lb/in^3
ultimate-strength: 42.0 kpsi
yield-strength: 37.0 kpsi
elongation@break: 12%
modulus elasticity: 10 mpsi

Aluminum 7005-T6
density: 0.100 lb/in^3
ultimate-strength: 50.8 kpsi
yield-strength: 42.1 kpsi
elongation@break: 13%
modulus elasticity: 10 mpsi

Aluminum 7075-T6
density: 0.102 lb/in^3
ultimate-strength: 83.0 kpsi
yield-strength: 73.0 kpsi
elongation@break: 11%
modulus elasticity: 10 mpsi

El Aluminio 6061-T6 es el mas utilizado en la fabricación de cuadros. Posee una buena rigidez estructural y, ademas, como el resto de la familia 6000 es muy amigable con el proceso de anodizado.

El Aluminio 7005 posee mejores propiedades de rigidez que el Aluminio 6061-T6, pero es mas difícil a la hora de formar (hidroformado), pero posee la propiedad de que no es necesario un tratamiento térmico después de la soldadura, mientras que el Aluminio 6061 si lo requiere.

T6 se refiere al proceso térmico utilizado, cabe destacar que la mayoría de los cuadros fabricados con aluminio 7005 carecen el tratamiento térmico alguno, por lo cual sus propiedades mecánicas son muy similares al Aluminio 6061-T6, pero con el beneficio de menor precio de manufactura por el hecho de no utilizar tratamiento térmico post-soldado.

El Aluminio 7075 no permite la soldadura, pero es el mas fuerte de todas las aleaciones, por eso es utilizado en platos, piñones y piezas las cuales no requieren soldadura.

En lo personal prefiero el Aluminio 6061-T6 porque me brinda la tranquilidad de que ha sido tratado térmicamente y el stress causado por las soldaduras es normalizado.

El Aluminio "Scandium" famoso de Easton tiene como propiedad principal mejorar la calidad de las soldaduras, mas nada. Pero, después de todo, la parte "mas débil" de un cuadro de Aluminio son las soldaduras.
 
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20 Ene 2011
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Para comparar con otros materiales (ya que estamos)

Chromoly-4130, annealed
density: 0.284 lb/in^3
ultimate-strength: 81.2 kpsi
yield-strength: 52.2 kpsi
elongation@break: 28.2%
modulus elasticity: 29.7 mpsi

Titanium 3Al-2.5V, annealed
density: 0.162 lb/in^3
ultimate-strength: 89.9 kpsi
yield-strength: 72.5 kpsi
elongation@break: 15%
modulus elasticity: 14.5 mpsi

Titanium 6Al-4V, annealed
density: 0.162 lb/in^3
ultimate-strength: 120 kpsi
yield-strength: 110 kpsi
elongation@break: 12%
modulus elasticity: 15 mpsi

stainless-321, annealed
density: 0.289 lb/in^3
ultimate-strength: 95 kpsi
yield-strength: 60 kpsi
elongation@break: 40%
modulus elasticity: 28.5 mpsi

Gall-Tough+ stainless, annealed
density: 0.275 lb/in^3
ultimate-strength: 232 kpsi
yield-strength: 212 kpsi
elongation@break: 24%
modulus elasticity: 26.8 mpsi

The comparison metric you'd want to use here is yield strength-to-weight ratios (density) as this would let you design frames that would hold up to roughly the same amount of load before they take a permanent bend. So now we're looking at (yield-strength / density):

Yield Strength-to-Weight Ratios
184 - chromoly 4130
448 - titanium 3Al-2.5V
679 - titanium 6Al-4V
208 - stainless 321
701 - stainless Gall-Tough+
379 - aluminum 6061-T6
421 - aluminum 7005-T6
716 - aluminum 7075-T6

184 - chromoly 4130
402 - magnesium ZK21A-F
379 - aluminum 6061-T6
421 - aluminum 7005-T6
716 - aluminum 7075-T6
448 - titanium 3Al-2.5V
679 - titanium 6Al-4V
208 - stainless 321
701 - stainless Gall-Tough+
524 - beryllium S200F
751 - beryllium SR200

However, you can't design something to be as light as possible for the load, there's rigidity and stiffness to be considered as well. So let's compare the stiffness-to-weight ratio (modulus / density):

Stiffness-to-Weight Ratios
105 - chromoly 4130
89.5 - titanium 3Al-2.5V
92.6 - titanium 6Al-4V
98.6 - stainless 321
97.5 - stainless Gall-Tough+
103 - aluminum 6061-T6
100 - aluminum 7005-T6sp/petrolevo2_datos.htm
98.0 - aluminum 7075-T6

105 - chromoly 4130
100 - magnesium ZK21A-F
103 - aluminum 6061-T6
100 - aluminum 7005-T6
98.0 - aluminum 7075-T6
89.5 - titanium 3Al-2.5V
92.6 - titanium 6Al-4V
98.6 - stainless 321
97.5 - stainless Gall-Tough+
659 - beryllium S200F
668 - beryllium SR200

Interesting to see that the materials are similar in stiffness-to-weight, eh? That means a frame designed from these materials to be similar in weight, assuming similar designs, will have similar stiffnesses as well. However, titanium or aluminium will end up being 2-3.5x stronger for the same stiffness as chromoly. And ordinary 304 stainless is actually weaker than chromoly for the same stiffness, 321 is similar and the exotic stuff ends up about the same as high-end titanium & alloy materials at 3.5x stronger for the same stiffness as chromoly.

As a designer, you've got to strike a balance of these two factors in addition to the design, manufacturing and costs as well.

Interesting to see that the common materials are similar in stiffness-to-weight, eh? That means a frame designed from these materials to be similar in weight, assuming similar designs, will have similar stiffness as well. Although the two titanium alloys are at the lowest end of the scale. However, titanium or aluminium will end up being 2-3.5x stronger for the same stiffness as chromoly. And ordinary 304 stainless is actually weaker than chromoly for the same stiffness, 321 is similar and the exotic stainless stuff end up about the same as high-end titanium & alloy materials at 3.5x stronger for the same stiffness as chromoly.

However, stiffness-to-weight is one area where beryllium outshines ALL other metals. It's 1/4th the weight of steel, yet is 50% stiffer! So if you build a frame that's of the same weight as most the other materials, in the 2.0-2.5 pound range, it'll be roughly the same strength, yet will be SIX TIMES stiffer!
 
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El beneficio principal del cuadro de carbono no está en el peso, hay bicis de aluminio que son más livianas que sus homologas en carbono, la diferencia es la rigidez y el andar, y no hay que ser un super-pro para darse cuenta de eso en el momento de subirse a una bici de fibra.
 

Daniel Facciolli

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jcallero dijo:
El beneficio principal del cuadro de carbono no está en el peso, hay bicis de aluminio que son más livianas que sus homologas en carbono, la diferencia es la rigidez y el andar, y no hay que ser un super-pro para darse cuenta de eso en el momento de subirse a una bici de fibra.
+1
Yo probe cuadros de carbono y me senti incomodo , es mucho mas rigido que el aluminio , a mi no me gusto.
 
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Daniel Facciolli dijo:
+1
Yo probe cuadros de carbono y me senti incomodo , es mucho mas rigido que el aluminio , a mi no me gusto.
Depende de como lo fabriquen, si está bien hecho, hacen rígido las partes fundamentales como caja y dirección; y dejan que flexen otras que permitan la comodidad, como ser las vainas simulando un mini-amortiguador.
 

Daniel Facciolli

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FX-32 dijo:
Depende de como lo fabriquen, si está bien hecho, hacen rígido las partes fundamentales como caja y dirección; y dejan que flexen otras que permitan la comodidad, como ser las vainas simulando un mini-amortiguador.

Puede ser , yo probe la Scale 35 y he escuchado comentarios del Viaje que todavia no le encuentra acomodo a la suya :-\
 

andreti

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Una vez más, de acuerdo a mi experiencia personal limitada a unos pocos modelos de ruta, la diferencia entre carbono y aluminio me resultó notable entre bicicletas de cuadros muy similares.
En montaña no pude comparar porque solamente me prestaron alguna para dar una vueltita de morondanga.

El caso más específico fue la Giant Defy de aluminio y la Giant Defy Advanced de carbono, que comparten la misma geometría. En un mismo recorrido con estado del pavimento muy variado y cambios de elevación importantes me resultaron dos bicis completamente diferentes; la de carbono tiene una rigidez que la hace muy rápida en las curvas, pero con una capacidad de flexar que absorbe las irregularidades del terreno de forma increíble. En las trepadas, la suma de rigidez y liviandad adicional de la de carbono me resultó excepcional.

Anduve en una Specialized Roubaix y allí cambia totalmente porque la geometría es más orientada a la velocidad que al endurance, pero el diseño de las vainas y la horquilla hace que flexen como si fueran "mini amortiguadores" y parece que la bici le pasa por arriba a todo.

Creo que la calidad de la fibra de carbono, más la calidad de construcción de la bicicleta, más la geometría hacen la diferencia.
No veo la hora de probar una doble suspensión de carbono en un trillo como la gente para tener la cosa más clara.
 
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Yo no se que problema tiene la gente con la FC en las bicicletas.
El tema es poder pagarlo mas nada, pero que es superior al ALU no cabe la menor duda.
 
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Yo si pudiera pagar uno bueno(por ej Ibis Tranny), ni lo pienso. Por ahora, de acuerdo a mi presupuesto, me quedo con uno bueno de aluminio antes que un clon barato de carbon.
 
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acá en mercedes hay un conocido ciclista que compro en motociclo una cannondale de ruta de carbono, el loco parece que en una embalada en el autodromo se paro en los pedales; al parecer cuando hizo cambio la cadena bajo o salto dos piñones y cuando calzo con el seco que pego quebró la vaina, de esto hace tres meses, le sacaron fotos y las mandaron a usa...el loco sigue esperando.
a mi me encantaría tener una cuadro de carbono pero personalmente no tengo el presupuesto, ni para comprarlo, mantenerlo y ni pensar si me llega a pasar algo y tenga que esperar 4 o 5 meses para que me lo cambien.
 
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21 Feb 2011
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Mi experiencia con la fibra de carbono es prácticamente nula. :-[ Anduve únicamente en una bicicleta de ruta, una Merida Scultura integra de fibra carbono año 2011 si no me equivoco el modelo 904. Recorrí unos 15/20 kmts y se sentía todo muy suave, en comparación con otra bici rutera de cuadro de aluminio y componentes de inferior calidad que la de FC. Por eso no puedo aportar datos precisos y valederos.

En MTB por ahora el aluminio 6061 viene bancando bárbaro y tiene mucho futuro :D
 
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