WYBÓR MATERIAŁU NA RAMĘ
(aktualizacja  2002 - 04 - 22)

Poniżej przedstawiam krótki przegląd właściwości materiałów wykorzystywanych przy produkcji rowerów
klasycznych co nie umniejsza wcale wartości tego tekstu. Ramy rowerów poziomych są budowane z tych
samych materiałów, różnią się jedynie geometrią.


STAL

Powstaje z niej ciągle  jeszcze większość rowerów, pomimo rosnącej konkurencji ze strony innych materiałów.
Przemawia za nią niska cena, jak tez dostępność i wybór spośród różnej jakości stopów. Poszczególne ich
rodzaje różnią się od siebie przede wszystkim wagą i sztywnością. tanie ramy wykonywane są ze stali Hi-Ten
(High Tensile) czyli stali konstrukcyjnej o podwyższonej wytrzymałości - trwałej ale i ciężkiej. Droższe modele
produkowane są ze stali chromowo-molibdenowej. Stopy CroMo dają możliwość konstruowania ram z rur 
o cienkich ściankach czyli lekkich i wytrzymałych. Wielu producentów dodatkowo ten materiał "cieniuje", czyli
wytwarza rury o ściankach cieńszych w środku długości niż na końcach. Technologię tę stosuje się z powodu 
występowania innych obciążeń na połączeniach rur (miejsca spawów) i na środku, gdzie działają siły dużo
mniejsze. Służy ona uzyskaniu minimalnej wagi przy maksimum wytrzymałości. W fachowym języku rury takie
nazywa się "double butted". Z innych technologii wydłużających żywotność ram warto wymienić zmianę kształtów
przekrojów na np. owalne i produkcję ram ze stali nierdzewnej (Mannesmann). Najbardziej znani producenci rur
wysokiej jakości to: Columbus, Oria, Reynolds, Tange i True Temper.

Rury stalowe używane do produkcji ram łączy się ze sobą na różne sposoby - z mufami lub bez za pomocą
lutowania, jak i za pomocą spawania. Obecnie przewagę zdobywa technologia T.I.G polegająca na spawaniu
w osłonie gazowej, doskonała przy masowej produkcji. Często klientowi jest obojętne w jaki sposób połączono
rury w całość, wybór tej lub innej metody zależy od gustu. Inne cech ram stalowych są tutaj ważniejsze - "lekka"
optyka i pogodzenie sztywności i niskiej wagi z komfortem jazdy.

Stal używana jako materiał do produkcji rowerów praktycznie od początku ich historii nic nie traci ze swej
atrakcyjności. Rama stalowa od renomowanego producenta będzie służyła wiecznie, a użyta przy jej produkcji
nowoczesna technologia sprawi, że zwycięsko przetrwa wszystkie próby.


ALUMINIUM

Wyroby z aluminium zdobywają coraz większe rzesze klientów, szczególnie wśród miłośników rowerów górskich.
Materiał ten służy za wzór idealnego połączenia lekkości bez rezygnacji z bardzo pożądanej sztywności ramy.
Aluminium należy do grupy metali lekkich, jego ciężar własny 2,7 kg/dm3 - jest trzy razy lżejszy od stali. Niestety
materiał  ten  jest  jednocześnie  w  czystej  postaci  bardzo  miękki  i  dopiero  jako stop  nadaje  się  do  celów
konstrukcyjnych. Po dodaniu odpowiednich domieszek zyskuje przede wszystkim na sztywności.

Ramy z rur aluminiowych produkuje się w zasadzie za pomocą dwóch metod: Przez spawanie i klejenie. Przy
pierwszej  z  nich  stosuje  się  stopy  z  domieszką  magnezu  i  krzemu,  łatwo  spawalne,  przy  drugiej  stopy
z domieszkami miedzi, magnezu i cynku  które  są  jeszcze  sztywniejsze,  ale  za  to  nie  dają  się  już  spawać.
Oznaczenia na ramach typu "Aluminium 7005" odnoszą się właśnie do składu stopów, a ogólna zasada jest taka:
Im wyższa liczba tym aluminium sztywniejsze i trudniej spawalne. Czyli aluminium 5086 używane przez Peugeota
będzie się łatwiej spawać niż aluminium 7020 preferowane przez innych producentów. Do uzyskania pełni
informacji przyda się jeszcze rozszyfrowanie skrótów typu T4,  T6 - oznaczają one rodzaj obróbki cieplnej
- w ramach spawanych ze stopów aluminium powstają pod wpływem temperatury niepożądane naprężenia
usuwane właśnie przez obróbkę cieplną. Rury których nie da się spawać, łączy się za pomocą kosmicznych
klejów. Aluminium ma też inna właściwość - rury o identycznych wymiarach co rury stalowe mają dużo mniejszą
wytrzymałość na odkształcenia. Dla uzyskania właściwej wytrzymałości ścianki rur aluminiowych musiałyby być
trzy razy grubsze niż w rurkach stalowych - wtedy rama ważyłaby tyle samo co stalowa. Wyjściem z tej wydawałoby
się patowej sytuacji jest zwiększenie przekrojów rur (Oversize). Stosuje się bardzo grube rury o cienkich ściankach
dające dużą wytrzymałość i sztywność przy jednoczesnej lekkości.

Aluminium wkracza coraz mocniej na rynek rowerowy, coraz częściej spotyka się je nawet w najtańszej grupie
cenowej.  Materiał  ten  łączy  w  sobie  niską  masę,  agresywną  optykę  i  wyjątkową  sztywność. Ramy z niego
wykonane nie są może szczególnie komfortowe, ale po zamontowaniu amortyzacji otrzymujemy rower lekki
i wytrzymały.


KARBON

Ze wszystkich materiałów stosowanych do budowy ram rowerowych, określanych ogólnym mianem kompozytów,
karbon stosowany jest najczęściej. Karbon jest pięć razy lżejszy i jednocześnie sześć razy wytrzymalszy niż stal
i jako taki stanowi idealny materiał podstawowy do konstruowania ram. W czystej postaci trudno jest go poddać
obróbce, dopiero w połączeniu z innymi materiałami, takimi jak Kevlar, Twaron i żywice epoksydowe można
uzyskać porządne właściwości. Z kombinacji tych składników (kompozyt) konstruktor może wyczarować ramę
o precyzyjnie określonych parametrach.

Włókna karbonowe są przy budowie ram rowerowych obrabiane na kilka różnych sposobów. Pierwsza możliwość
polega  na  układaniu  kolejnych  warstw  włókien  dookoła  rdzenia  i następnie  nasączaniu  ich  żywicą,  a  po
zahartowaniu na usunięciu rdzenia. Tak powstałe rury karbonowe łączy się za pomocą kleju i łączników (muf), 
które mogą być wykonane także z karbonu lub aluminium, tytanu czy stali. Najlepszy efekt uzyskuje się przy
łączeniu samego karbonu. Druga metoda to tworzenie ramy zwanej Monocue. Polega ona na układaniu włókien
wokół przygotowanego wcześniej rdzenia zgodnie z przebiegiem występujących (w mającej powstać ramie)
naprężeń, tam gdzie istnieje taka potrzeba znajdzie się więcej karbonu, gdzie siły są minimalne - mniej. Przy
planowaniu układu włókien w ramie Monocue wykorzystuje się komputery. Później całość zamyka się w formie
negatywowej ściskanej od środka przez ciśnienie a od zewnątrz przez próżnię i podgrzewa do zahartowania.
Gotową ramę po wyjęciu trzeba jeszcze tylko poddać pracy wykończeniowej i... już.

Wielcy producenci tacy jak Trek i GT, konsekwentnie stawiają na karbon. Wierzą, że jest to materiał przyszłości.
Jest bardzo lekki i wytrzymały, ramy z niego wykonane mają też własności pochłaniania drgań. Możliwe są też
do uzyskania nawet najbardziej fantastyczne kształty ram.


TYTAN

Ramy tytanowe znajdują się na samym szczycie hierarchii. Szlachetny materiał z którego je wykonano jest drogi
a obróbka bardzo pracochłonna. Czysty tytan do produkcji ram się nie nadaje, ponieważ podobnie jak czyste
aluminium  pod  obciążeniem  bardzo  łatwo  ulega  odkształceniom.  Dopiero  po  dodaniu  innych  składników
stopowych nadaje się do wykorzystania w celach konstrukcyjnych. Najczęściej spotykany stop nosi oznaczenie
Ti3Al2,5V  i  obok  tytanu  znajdziemy  w  nim  aluminium  oraz  wanad. Rama z niego wykonana odznacza się
podobną wytrzymałością jak egzemplarze z aluminium i stali, ale jest znacznie lżejsza. Wszystko byłoby idealnie,
ale  niestety  tytan  ma  jeszcze  jedną  cechę  -  jest  dwa  razy  elastyczniejszy  od  stali,  co  oznacza,  że  pod
obciążeniem wygina się znacznie silniej niż ona. Wyjściem z tego problemu jest stosowanie rur o powiększonej
średnicy (Oversize).

Wysoka cena ram tytanowych wynika nie tylko z kosztów samego materiału, ale też z wysokich kosztów obróbki
tego metalu. Tytanu nie można spawać w normalnej atmosferze ponieważ ulega reakcjom chemicznym z tlenem
-  spaw  ulega  zanieczyszczeniu  i  jest  kruchy  i  nietrwały.  Koniecznością  jest  zabezpieczenie otoczenia czyli
spawanie w osłonie gazowej z argonu co praktycznie oznacza spawanie w zamkniętych komorach wypełnionych
gazem. Jednak nakład pracy się opłaca - jako produkt końcowy uzyskujemy ramę lekką i komfortową, dodatkowo
też całkowicie odporną na warunki atmosferyczne - tytan nie ulega korozji więc ramy nie trzeba nawet malować.

Rama z tytanu to inwestycja na całe życie. Nie koroduje, jeździ się na niej komfortowo i tylko kosztuje trochę za dużo.


Tekst - artykuł "Rama, podstawa wszystkiego"  z katalogu "Bike Action - Rowery i części '99"