Materiaaleigenschappen

Welke aluminium legeringen zijn het beste voor fietsframes

Gewicht en stijfheid zijn factoren die de prestaties van een fiets beïnvloeden. De aluminiumlegering 6061 wordt traditioneel gebruikt bij de extrusie van buizen voor fietsframes, omdat het geschikt is voor deze toepassing. Maar het zou mogelijk kunnen zijn om een nog lichter framegewicht te bereiken en het productieproces te optimaliseren, door gebruik te maken van een alternatieve legering.

De legering 6061, die is gelegeerd met magnesium en silicium, is een uitstekende keuze wanneer er moet worden gelast, zoals het geval is bij fietsframes. Het biedt stijfheid, structurele sterkte en taaiheid, goede corrosiebestendigheid en goede bewerkingseigenschappen.

Technisch gezien kan de legering 6061, in de EN 755-2 norm en T6 toestand, een treksterkte van >260 MPa en een vloeigrens van >240 MPa bereiken.

Een stap verwijderen uit het productieproces van fietsframes

Laten we eens kijken naar het traditionele fabricageproces van een aluminium fietsframe met de legering 6061, aangezien deze legering het meest wordt gebruikt voor deze toepassing.

• Extrusie van een aluminium buis. De dikte van de buis en dus ook het gewicht, wordt bepaald aan de hand van de geometrie van het fietsframe, de maximaal te verwachten mechanische belastingen, en de minimale mechanische eigenschappen die de legering kan bereiken.

• Uitgloeien. De geëxtrudeerde buizen worden gegloeid om hun vermogen tot vervorming zonder breuken te vergroten, waardoor de materiaalrek tot een hoger niveau wordt opgevoerd dan bij geëxtrudeerde buizen zonder gloeien. De geëxtrudeerde profielen hebben normaliter een rek van ongeveer 10-15%, maar na het gloeiproces zou deze rek ongeveer 25% kunnen bedragen.

• Stuiken en/of hydrovormen. De buizen van het frame worden na het gloeien gevormd door stuiken of hydrovormen om hun definitieve geometrie te verkrijgen. Alvorens hun definitieve geometrie te bereiken, kunnen deze buizen tot 60% vervormen, en daarom kunnen verscheidene productiecycli van uitgloeien/stuiken noodzakelijk zijn. Nieuwere fietsen hebben meer en meer complexe geometrieën die een materiaal vereisen met een hoge graad van vervorming zonder te bezwijken. Met een legering met een hogere sterkte zijn de tussengloeiprocessen voorafgaand aan de stuikprocedure wellicht niet nodig.

• Lassen. De onderdelen van het frame worden door middel van lassen aan elkaar verbonden om het complete frame te maken.

• Warmtebehandeling en veroudering na het lassen. Een gevolg van het lasproces is dat de mechanische eigenschappen in de door warmte aangetaste delen afnemen. Om deze eigenschappen te herstellen, moet het frame een thermische behandeling ondergaan. Deze thermische behandeling moet oplossingsgloeien, afkoelen en verouderen omvatten.

• Oppervlaktebehandeling. Na de thermische behandeling worden de frames gelakt om het gewenste uiterlijk te verkrijgen.

Een lichter fietsframe met minder aluminiumdikte

Om het frame van de fiets lichter te maken en toch de gewenste sterkte, mechanische eigenschappen en kenmerken te verkrijgen, moet waarschijnlijk een andere legering worden gebruikt.

Aluminium bedrijven ontwikkelen voortdurend nieuwe legeringen door andere legeringen op maat te maken, om te voldoen aan de specifieke behoeften van klanten in diverse industrieën, zoals de automobielindustrie. Voor fabrikanten van fietsframes, die hun processen willen optimaliseren en hun producten lichter willen maken, zou een dergelijke legering een uitstekende vervormbaarheid en hoge sterkte vereisen. Er zou een legering moeten worden ontworpen voor fabricageprocessen, die een gloeifase omvatten vóór het stuiken of hydrovormen.

Met een dergelijke legering zouden de geëxtrudeerde buizen voor het frame een minimale rek van 25% hebben, wat betekent dat de tussenliggende gloeistap overbodig wordt, waardoor de doorlooptijd en de kosten worden verlaagd.

Bovendien zou de op maat gemaakte legering, met een geoptimaliseerde chemische samenstelling en metallurgische ontwikkeling, mechanische eigenschappen kunnen bieden die de legering 6061 overtreffen. Na de thermische behandeling van oplossingsgloeien, afkoelen en verouderen zou de treksterkte 310 MPa en de vloeigrens 295 MPa kunnen bereiken.

Dit zou het ontwerp en de productie van fietsframes met geringere diktes en een lager gewicht, en dus een lichtere fiets, bevorderen. Een fiets met een frame dat anders is dan alle andere op de markt.