Save the steel: tutto sulle bici in acciaio

Sembra il titolo di una canzone dei Manowar, gruppo metal americano che mette la parola acciaio in quasi ogni frase, lo so. In realtà oggi vorrei raccontarvi di un vecchio materiale per biciclette che all’improvviso è diventato pesante e inutile: l’acciaio. Per parlarvi dell’acciaio e delle sue virtù, parto da una domanda: siete sicuri che i telai in carbonio alto modulo, pensati per ciclisti di vent’anni, nel pieno della forma, allenati e pagati per andare forte e farlo per centinaia di chilometri, con all’arrivo uno stuolo di allenatori, massaggiatori e nutrizionisti, siano la scelta perfetta per voi?

Adv

Insomma, quando andate da un negoziante siete convinti di poter scegliere la bici giusta per voi oppure quella che il mercato vi fa credere essere la migliore?
Vediamo se alla fine di questo articolo sarete in grado di dare una vostra personale risposta.

Indice
• Cos’è l’acciaio
• Caratteristiche dell’acciaio
• Perché scegliere una bici in acciaio
• Concludendo

Cos’è l’acciaio e come viene utilizzato

Per acciaio s’intende una lega metallica (ovvero un materiale formato da un minerale base “additivato” con minerali di lega per aumentarne le prestazioni) formata da ferro e carbonio, ottenuta tramite procedimenti metallurgici. I minerali di Fe subiscono dei procedimenti metallurgici all’interno degli altiforni, dove vengono “mescolati” con altri minerali per migliorarne le caratteristiche.

Il prodotto finale dell’altoforno sarà una fusione di acciaio che deve essere riconvertita in forni appositi, mentre lo scarto viene comunemente chiamato ghisa. La fusione di acciaio viene trasformata in bramme (lunghe lamiere di alto spessore) che subiscono poi trattamenti di laminazione per portarle allo spessore desiderato. Questo prodotto viene fatto passare su macchine apposite che lo avvolgono a spirale, formando i tubi, che vengono saldati a laser. In seguito i tubi sono fatti passare per forni di ricottura con presenza di ossigeno, dove si attenuano le sollecitazioni indotte dalla saldatura e infine bagni di decapaggio chimico a base solforica, cloridrica e fosforica, per pulire la superficie dagli ossidi e infine chiuderne le porosità (chi scrive si occupa di impianti per la metallurgia).

Adv

Le tipologie di acciaio sono innumerevoli e le possiamo dividere in due macrocategorie: l’acciaio al carbonio (che viene comunemente chiamato “ferro”) e l’acciaio inossidabile (che può essere austenitico, ferritico o martensitico in base al posizionamento in un particolare diagramma metallurgico definito “ferro-carbonio”). L’acciaio inossidabile non arrugginisce poiché durante il procedimento di decapaggio chimico il cromo viene portato in superficie, creando così una patina trasparente che non interagisce con l’ossigeno presente nell’atmosfera. Le gamme di acciaio per ciclismo coprono un ampio spettro di prodotti, che passano da quelli meno pregiati (Acciai dolci o hi-ten), a quelli destinati a biciclette da corsa, solitamente legati con molibdeno (come il Chromoly), niobio, vanadio o manganese, elementi incaricati a conferire caratteristiche precise di resistenza.

Un telaio viene realizzato partendo da tubazioni dell’acciaio desiderato, che vengono tagliate, sgolate e limate a misura per poi essere collegate assieme tramite congiunzioni. In realtà la costruzione di un telaio è la fase ultima di un lavoro che parte dal colloquio tra cliente e telaista, per la valutazione del tipo d’impostazione da dare al mezzo. Poi il telaista rileva (o si affida a ditte esterne) le misure corporee del ciclista, che vengono riportate su un disegno tecnico, calcolando le misure effettive attraverso formule matematiche.

A noi, in questo articolo, interessa parlare dell’acciaio in quanto tale, per cui tralasceremo le parti preliminari, che vi racconteremo in futuri articoli. Dicevo, l’unione tra le congiunzioni e le tubazioni viene realizzata attraverso saldobrasatura: un materiale dal punto di fusione più basso (detto di apporto) viene “fatto sciogliere” all’interno della congiunzione, che solidificando unirà in maniera indissolubile i due pezzi.

Di solito si utilizza la brasatura “a fiamma o a cannello”, ovvero si utilizza un cannello simile a quello della saldatura acetilenica, la cui fiamma viene puntata sulla congiunzione, permettendo così la fusione del materiale di apporto, che per capillarità riempirà gli interstizi vuoti. Una volta assiemato il telaio si passa alla realizzazione delle filettature e alla fresatura dei piani dei canotti sterzo e movimento centrale, per garantirne la perfetta planarità. Infine il telaio viene sabbiato per eliminare i residui di lavorazione e va in verniciatura.

Caratteristiche dell’acciaio

L’acciaio è sempre stato il materiale principe per la realizzazione dei telai, poiché le sue caratteristiche meccaniche e tecnologiche sono adatte per resistere alle sollecitazioni imposte dall’uso intensivo della bicicletta:

• Densità: caratteristica che va di pari passo con il peso complessivo del telaio, poiché per densità s’intende appunto il peso per unità di volume. Analizzando quest’aspetto l’acciaio sembra davvero essere il peggiore tra i materiali, poiché è quello con densità maggiore. Infatti se compariamo 1m3 di acciaio, alluminio e fibra di carbonio abbiamo nell’ordine: fibra di carbonio 1800 kg/m3, alluminio 2300 kg/m3, Acciaio 7850 kg/m3;

• Rigidezza, limite elastico, snervamento: quando applichiamo una forza (che può essere un peso, una spinta, una flessione) su un materiale, questi oppone una resistenza alla deformazione indotta da quella forza. La capacità di resistere alle deformazioni si chiama appunto rigidezza (altresì chiamata rigidità). Dobbiamo però effettuare un distinguo: quando applichiamo una forza, il metallo si deforma per “accoglierla” poi quando questa cessa il metallo ritorna alla sua forma di partenza e questa caratteristica si definisce limite elastico. Se però la forza continua ad aumentare e supera il limite elastico, si ha lo snervamento, ovvero le fibre del metallo non sono più in grado di ritornare allo stato di partenza e si deformano in modo permanente (è il campo di lavoro dello stampaggio, pressofusione, piegatura). Se la forza continua ad aumentare, si avrà la rottura del metallo e l’entità della forza capace di “spezzare” il metallo si chiama carico di rottura. L’acciaio brilla come tra i metalli per telai in rigidità (3 volte meglio dell’alluminio e 2 del titanio, facendo riferimento a un fattore particolare detto modulo di Young);

• Resistenza alla fatica: la fatica è una sollecitazione subdola. Se su un telaio applichiamo una forza minore di quella che servirebbe per romperlo ma lo facciamo ripetutamente, per un numero “n” di cicli, questa forza riuscirà ad affaticare il materiale e a indebolirlo, anche se questa, se venisse applicata una sola volta, non comporterebbe deformazione alcuna. Il materiale affaticato inizierà a deformarsi localmente, fino a tranciarsi di netto quando la sezione resistente diverrà minore della forza applicata. E in un componente come il telaio, sottoposto a una catena cinematica chiusa, le forze applicate sono sempre più o meno le stesse, per cui la resistenza a fatica è un aspetto davvero fondamentale. Anche qui l’acciaio si dimostra il migliore, con una resistenza a fatica nettamente migliore di quella dell’alluminio;

• Corrosione atmosferica: purtroppo l’acciaio al C soffre la corrosione atmosferica poiché interagisce con l’ossigeno presente nell’aria dando vita a un ponte dielettrico che fa innescare una corrosione di tipo elettrolitico (detta comunemente ruggine). Per evitare che s’instauri questa connessione si deve interrompere applicando uno strato di vernice che non reagisce con l’ossigeno. Questo problema non esiste per l’acciaio inossidabile, poiché già ossidato da un film invisibile a occhio.

Perché scegliere una bici in acciaio

Dopo tutto questo parlar di meccanica e resistenza, si può giungere a una conclusione: l’acciaio è più pesante del carbonio e dell’alluminio, ma ha caratteristiche di resistenza notevolmente migliori del primo e non così svantaggiose rispetto al secondo. Inoltre, date le sue caratteristiche resistenti non alquanto eccelse, i telai in alluminio presentano tubazioni maggiorate (dette oversize, poiché un telaio in alluminio con le dimensioni di uno in acciaio non avrebbe resistenza sufficiente), che da un lato migliorano le caratteristiche meccaniche ma dall’altro diminuiscono il gap di peso. Inoltre i tubi in acciaio sono trafilati a doppio o triplo spessore, caratteristica metallurgica che ne diminuisce notevolmente il peso. Infatti i tubi in acciaio presentano uno spessore più alto alle estremità (per resistere alle deformazioni indotte dalla saldatura) e più basso al centro, consentendo di risparmiare peso. Questo si ottiene attraverso una trafilatura a freddo, dove i tubi vengono caricati su una macchina orizzontale dotata di un particolare mandrino, che s’insinua all’interno del tubo e lo tira, modificandone la struttura e lo spessore interno. Le odierne tubazioni calibrate in acciaio, proposte da numerose case produttrici, sono in grado di offrire un peso ridotto e una notevole resistenza alle sollecitazioni dell’uso ciclistico, cosa che rende un telaio in acciaio un acquisto da “una volta nella vita”.

Allora, in fin dei conti, perché scegliere l’acciaio:

• E’ economico: un telaio in acciaio non ha un costo molto elevato. Questo ovviamente dipende dalla qualità delle tubazioni e dell’acciaio scelto, dalla tipologia di saldobrasatura, dalle proprie esigenze tecniche e dalla nomea del telaista scelto;

• Le attrezzature di lavoro sono molto più facili da reperire: basta una buona dima, una saldatrice e della strumentazione tipica da officina meccanica per poter lavorare l’acciaio. Questo fa sì che i costi legati alla produzione siano molto più bassi della fibra;

• E’ immune dalla rottura di schianto: In caso di caduta, un telaio in acciaio può rovinarsi oppure no. Nel primo caso il telaio si segna, si piega o “si bozza”, in poche parole, se il telaio in acciaio è danneggiato, lo si capisce tramite un’analisi visiva. Non è così per la fibra di carbonio, dove può avvenire che le fibre esterne siano integre mentre quelle interne (invisibili a occhio nudo) siano crepate. Questa crepa, sollecitata dall’uso, può allargarsi, portando alla rottura di schianto del telaio. Riassumendo, un telaio di acciaio o è segnato oppure è integro, mentre un telaio in fibra andrebbe fatto analizzare per escludere cricche interne. Con i costi che ne conseguono;

• Non è obbligatoria la chiave dinamometrica: un telaio in carbonio, appunto per via delle possibili cricche interne, deve essere montato utilizzando la chiave dinamometrica, rispettato religiosamente le coppie di serraggio indicate dai vari componenti. Nell’acciaio questa pratica è raccomandata ma non indispensabile. Insomma, per farla breve, potreste trovarvi in giro per il mondo costretti a sostituire un componente della vostra bici: con l’acciaio potrete farlo senza troppi patemi, se il telaio è in fibra vi conviene trovare un meccanico.

• E’ più facile reperire officine autorizzate a metterci mano: è una leggenda dei cicloviaggiatori ma è anche una verità: girando per il mondo in bici è più facile (molto più facile) incontrare un ciclista che sappia lavorare l’acciaio piuttosto che materiali compositi. Ovviamente bisogna fare un distinguo: essendo l’acciaio un materiale “antico”, oggi come oggi è più difficile trovare negozianti di bici che abbiano in casa frese a mano, filiere e maschi con passo italiano o dime per il controllo della planarità. Ma se per caso dovessimo trovarci in giro per il mondo e avere un problema legato al nostro telaio (come ad esempio scoprire che un pendente posteriore si è piegato durante il trasporto aereo) sarà sicuramente più facile trovare un’officina capace di sistemarci (alla bell’e meglio, s’intende) il problema.

Concludendo

Ritengo la fibra di carbonio un materiale fantastico e i vantaggi pratici e meccanici rispetto all’acciaio sono impossibili da colmare, ma rimane orientato ai professionisti piuttosto che ai ciclisti urbani o ai semplici amatori. Poi entro in un negozio di ciclismo e trovo più fibra di carbonio che quanta possa trovarne nella linea di produzione della Ferrari e mi domando: che non si tratti del materiale del momento?

Così mi ritrovo a sperare che l’acciaio, quel vecchio materiale con il quale si sono fatte le biciclette per più di cent’anni abbia ancora futuro e possa donare gioia e tante soddisfazioni a molti ciclisti, esattamente come succede a me.