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Técnica
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QUADRO ORBEA LOBULAR - Tratamentos Térmicos
03 LOBULAR
O novo quadro 03 LOBULAR é um quadro pensado e concebido para uso desportivo.
Dois aspectos chave da tecnologia empregue na sua fabricação, fazem dele um dos quadros estrela do catálogo de ORBEA de estrada em 2003.
• Em primeiro lugar a geometria da sua tubagem, especialmente do tubo diagonal com quatro arestas, que configuram o característico perfil “ lobular “, estão pensadas para amortecer as irregularidades do terreno sem perder a rigidez perante os esforços da pedalada.
• Em segundo lugar, e sem dúvida um dos aspectos mais importantes, é liga das tubagens, desenvolvida em colaboração com COLUMBUS, pertencentes à família AL 6000 cuja composição tem como elementos principais o Magnésio e o Silício.
Esta liga, pertencente à mesma família da utilizada no nosso quadro COLUMBUS STARSHIP, permite obter uma resistência extraordinária, em tubos de espessuras reduzidas com a consequente redução de peso.
Antes de aprofundarmos os aspectos técnicos do 03 LOBULAR, comentaremos sucintamente alguns dados técnicos que nos irão ajudar a compreender o comportamento deste quadro.
INTRODUÇÃO HISTÓRICA:
O tratamento térmico dos metais é uma técnica conhecida e aplicada desde à séculos, utilizada para modificar as características e propriedades dos mesmos através do aquecimento e arrefecimento em ambiente e temperaturas controlados, alterando valores mecânicos nomeadamente: resistência, dureza, elasticidade etc... em função das características termomecânicas do próprio material.
Aplicada sobre os aços, está presente desde sempre na fabricação, de armas e utensílios metálicos, até à actualidade em que o processo de fabricação desde os pequenos componentes às grandes estruturas que requerem a aplicação da dita técnica para reduzir as tensões criadas na sequência da realização de uniões soldadas.
O desenvolvimento recente de ligas de alumínio para a fabricação de estruturas metálicas leves e resistentes, tornou premente a necessidade de avançar no conhecimento das possibilidades e vantagens que o tratamento térmico proporciona tanto na optimização das características mecânicas das ditas ligas, como na necessidade de melhorar as alterações surgidas nas zonas de soldadura.
TRATAMENTO TÉRMICO DAS LIGAS DE ALUMÍNIO AL-6XXX
Entre as diferentes famílias de ligas de Alumínio, as enquadradas na série Al –6000 (Alumínio, Magnésio e Silício como elementos principais) pertencem às consideradas como “ Ligas temperadas com endurecimento estrutural “, o que indica que as suas características mecânicas se modificam significativamente na sequência da aplicação de tratamentos térmicos adequados para cada tipo de liga que se desenvolve em várias fases; a colocação em solução ou solubilização, a tempera, a maturação ou envelhecimento natural e artificial.
A alteração das características mecânicas em algumas das ligas da série AL-6000 é tão vasta, que permite ao fabricante de tubos a realização de qualquer das formas e geometrias requeridas pelos desenhadores dos quadros, podendo moldá-los quando se encontram no estado 0 ou temperado, para posteriormente aplicar aos mesmos um tratamento de homogeneização estrutural T-4 de resistência média como estado de fornecimento ao fabricante dos quadros. Um exemplo do indicado se verifica no seguinte quadro:
Propriedades mecânicas típicas da liga AL-6061 a temperatura ambiente
Estado Carga de ruptura
Rm (N/mm2) Limite elástico
Re (N/mm2) Dureza Brinell
(HB)
0 125 55 30
T-4 235 140 65
T-6 350 270 95
Tabela : Valores das propriedades mecânicas em função do estado de tratamento.
Estes valores são amplamente melhorados pela liga 03 LOBULAR (COLUMBUS) até alcançar no estado T-6 uma carga de ruptura de 410N/mm2 e 380 N/mm2 de limite elástico com a dureza de 130HB.
Durante o processo de fabricação do quadro, o calor produzido pelo arco eléctrico na zona de fusão (Z.F) e na zona envolvente, denominada zona afectada termicamente (Z. A. T.) dá lugar a uma avultada transformação metalúrgica que se reflecte na presença de áreas precipitadas com bordas de grão e um aumento considerável dos mesmos, o que converte essas zonas em áreas de baixa resistência e estrutura heterogénea.
A aplicação do tratamento térmico pos-soldadura permite por um lado restabelecer na sua maior parte as alterações produzidas pela soldadura nas Z.F. e Z.A. T. Solubilizando essas áreas e restabelecendo o equilíbrio dos elementos da liga, reduzindo simultaneamente o tamanho do grão da liga.
Por outro lado ao completar o ciclo do tratamento térmico com a solubilização, tempera e maturação artificial até ao estado T-6, consegue-se alcançar as características mecânicas óptimas da liga no que respeita a resistência, rigidez, dureza e comportamento perante a fadiga.
A realização de todas estas operações requer umas instalações especiais e exclusivas para este processo e um cuidado especial durante a manipulação, pois ao alcançar temperaturas na fase de solubilização na ordem dos 90% da temperatura de fusão da liga, encontrando-se nesta fase num estado totalmente plástico, podendo a menor contingência provocar danos irreparáveis nos quadros sujeitos ao tratamento.
O gráfico anexo apresenta o ciclo de temperaturas e tempos habituais referentes ao tratamento das ligas AL-6000 que no caso das séries LOBULAR e STARSHIP passa a ser de 550ºC /1h (Solubilização) tempera rápida em cuba refrigerante com líquido específico e maturação artificial a 180ºC/10h.
Elementos do gráfico: Solubilização, tempera, maturação natural, maturação artificial, fim do tratamento, tempo.
As fotografias que se anexam apresentam as estruturas metalúrgicas aumentando 100 vezes o tamanho do grão de uma liga AL-6000 no estado de recepção para o fabricante de quadros, a estrutura resultante uma vez aplicado o tratamento térmico completo.
Igualmente se pode apreciar a mudança produzida pelo tratamento térmico em volta do cordão de soldadura realizada por processo T.I.G.
Resumindo, pode-se confirmar que a aplicação correcta do tratamento térmico pós soldadura é a chave para o desenvolvimento das ligas AL-6xxx
Na fabricação de quadros de bicicletas, com geometrias de tubos que respondem às máximas exigências dos desenhadores e espessuras variáveis optimizadas em cada zona, permitindo fabricar quadros muito resistentes e leves.
A EXPERIÊNCIA PARA O CICLISTA
Na ORBEA reproduzimos no nosso banco de ensaio, as sensações experimentadas pelo ciclista fixando-nos em dois aspectos fundamentais:
• Num primeiro ensaio reproduzimos a sensação ao nível do conforto produzida no apoio do selim. Para isso realizamos um ensaio com uma carga de 300 Kg aplicada ao selim e medimos o deslocamento vertical que se produz da abraçadeira do selim. A uma maior deslocação corresponde um maior conforto.
• Num segundo ensaio reproduzimos a sensação de maior ou menor rigidez de pedalada. Para isso concebemos um ensaio em que, posicionando o quadro com uma inclinação de 26º sobre o plano vertical, aplicamos uma carga de 50 kg no pedal. Medindo a deformação na intersecção do crenque com o eixo do pedal avaliamos a rigidez do quadro. A menor deformação maior rigidez.
Realizamos estes ensaios com os nossos próprios quadros e os valores obtidos são os seguintes:
Podemos verificar que 03 LOBULAR atinge um nível rigidez intermédio entre o Altec 2 e um STARSHIP, no entanto ao nível do conforto é o maior dos quadros testados. Para este facto contribui evidentemente a incorporação do triângulo traseiro ZACSS de carbono, uma das inovações desenvolvidas por ORBEA em 2002.
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