titanium

Pyörä myyty. Mutta tiedottava artikkeli säilyköön.
 

Asiaa titaanista:

Diagrammissa on pisteytetty runkojen valmistuksessa käytettyjä materiaaleja seitsemän tärkeimmän ominaisuuden mukaan. Seuraavaksi avaan, miksi kyseiset ominaisuudet ovat listassa mukana ja mitkä parametrit kiinnostavat rungon valmistajia.

Weight (paino): parametri joka eniten kiinnostaa – materiaalin tiheys. Titaaniseoksen (Ti-3Al2.5V) tiheys on n. 4.5g/cm3. Terässeoksen n. 7.8g/cm3. Alumiiniseoksen n. 2.7g/cm3. Hiilikuidun massa vaihtelee suurimmalta osin rungon valmistuksessa käytetyn liiman määrän mukaan.

Stiffness (jäykkyys): parametri – kimmomoduuli (E). Ti-seoksen E=~110GPa, Fe-seoksen ~210GPa, Al-seoksen ~70GPa. Hiilikuidun 180-580GPa (valmistustekniikka sekä liimamäärä ratkaisevat). Mitä korkeampi arvo, sitä jäykempi on runko ja sitä herkemmin voima siirtyy ajajalta pyörän liikkeelle saattamiseen (huom. jäykkyyteen vaikuttaa myös putkiprofiilin muoto + profiilin seinämän paksuus).

Permanent deformation (muodonmuutos): parametreinä – materiaalin plastisuus ja kimmomoduuli. Ti-seoksen plastisuus on korkein, Ti-sauva katkeaa kun sen venymä on 20-30% luokkaa alkupituuteen nähden. Fe-seos katkeaa kun venymä on 15-20%. Al-sauva katkeaa kun venymä on 6-12%. Mitä matalampi on luku sitä hauraampi on materiaali. Hiilikuitu paukahtaa minimaalisella venymällä.

Strenght (lujuus): parametri – alempi myötöraja (Re). Ti-seoksen Re=~500MPa, Fe-seoksen Re on todennäköisesti Ti-seoksen arvoa korkeampi. Al-seoksen Re=200MPa – 350MPa. Puhtaan hiilikuidun Re = 2500-7000MPa (rungossa liiman ja hiilarin yhtymäkohta pettää reilusti alemmilla jännityksillä). Kyseinen luku paljastaa sen jännityksen suuruuden, jonka vaikutuksesta materiaali deformoituu pysyvästi. Mitä suurempi on luku, sitä enemmän jännitystä materiaali kestää rikkoutumatta.

Fatigue life (väsyminen): Ti- ja Fe-seosten väsymisjännitys on 170MPa:n luokkaa ja korkeampi. Alumiinin väsymiskäyrällä ei ole alaraja-arvoa; käyrä tippuu nollaan (kiihtyen) rasituskertojen suhteessa. Mitä tämä tarkoittaa? Kuormittaessa materiaalia alle väsymisjännityksen millä tahansa toistomäärällä ei se murru eikä vaurioidu pysyvästi. Al-rungot suunnitellaan kestävän 5-10 vuotta, sen sijaan Ti- ja Fe-rungot pettävät erittäin harvoin, jos koskaan. Tässä täytyykin mainita, että tämä alumiinin väsymisasia on kovien debaattien aiheena, sillä alumiiniseoksia on useita. Tosiasia kuitenkin lienee se, että Al-rungon käyttöikä on moninkertaisesti Ti- tai Fe-runkoja lyhyempi. Hiilarirungosta ei väsymistietoa helposti löydy, mutta todennäköistä on, että hiilarirunko vaurioituu ennen kuin se väsyy.

Impact resistance (iskunkestävyys): parametri – plastisuus/hauraus. Titaani ja teräs parhaimpia, alumiini huono, hiilikuitu kehnoin.

Corrosion (korroosio): Titaani, alumiini sekä hiilikuitu ovat ruostumattomia, teräs ruostuu. Titaania ei ole pakko maalata/huoltaa. Al-runko on sen sijaan ruma ilman maalia. Fe-runko on suojattava korroosiolta ja maalattava, lisäksi sitä on huollettava vuosien vieriessä. Hiilikuiturungot ovat lukijalle varmasti tuttuja.

Titaanirungon ajomukavuus ja pitkäikäisyys muodostuvat siitä, että monien parametrien kohdalla Ti arvot sijoittuvat Fe ja Al arvojen väliin, hienosti keräten vain parhaita Fe- ja Al-seosten ominaisuuksia. Ti ei ruostu (kuten teräs), on kevyt (1/2 painavampi kuin Al), on nätti ilman maalia (tosin kuin Al), absorboi tiestä tulevia iskuja (jolloin ajaja ei väsy varsinkin pitkillä matkoilla/rikkinäisellä tiellä), ei väsy vuosien käytön aikana (kuten Al), ei rikkoonnu iskusta (kuten hiilari), helppohuoltoinen. Jos ei halua luontoa kuormittaa pyörärunkojen valmistuksella, voi surutta valita Ti-rungon. Hiilikuiturungoista sen verran, että ne ovat hyviä, keveitä, jäykkiä mutta eivät absorboi tiestä tulevaa tärinää, sekä ovat erittäin hauraita, ja siksi hiilikuitupyörän käsittely voi olla todella varovaista toimintaa. En usko väitteeseen, että titaanirungot ovat ikuisia (jotkut nimittäin väittävät sellaistakin). Olen kuitenkin testannut yhtä Ti pyörää 15 vuotta, eikä ole murheen murhetta ollut rungon kanssa, osat ovat vain vaihtuneet.