Isıl işlem ve malzeme seçimi, bisiklet kadrolarında anahtar değişkenlerdir. Kadro malzemesi olarak kullanılan metalleri ve ısıl işlemlerini bu yazımda sizler için anlattım.
İcadından günümüze kadar geçen sürede bisiklet kadrosu, kadroyu daha hafif hale getirmek ve böylece bisikletin aynı miktarda çabayla daha hızlı hareket etmesini kolaylaştırmak amacıyla temel geliştirme alanı oldu.
İlk icat edildiği hali ile pedalı olmayan ağaçtan imal edilmiş yine tekerlekleri de ağaçtan olan bir araç idi bisiklet. 1817'de Karl Freiherr von Drais tarafından yaratılan bu buluş, bir orman memuru olan Von Drais'in kraliyet bahçelerinde daha hızlı gezinmesine yardımcı oldu. Drezin ismi verilen bu icat için Avrupa basını ve mucidi tarafından biçilen rol atların yerini almaktı.
Velocipede, drezinin 1865'de doğan kuzeniydi. Yine ahşap veya metal lastikleri olan tamamen ahşap bir araçtı. Pedallar doğrudan ön tekerleğe takıldı ve önceki kuzeninden farklı olarak bir tür binicilik makinesiydi. Arnavut kaldırımlı sokaklarda sürücüye yaptıklarından dolayı kemik sallayıcı olarak tanındı. "Velosipede" binicileri için büyük şehirlerde yine kapalı binicilik akademileri inşa edildi. Bu haliyle zor kullanılıyordu ve halkın kullanabileceği bir araç olamadı.
Metal, ilk kez 1870'lerde yüksek tekerlekli bisiklette kullanıldı. Selefi gibi, pedallar doğrudan ön tekerleğe takılıydı. Ancak velocipede'den farklı olarak, ön tekerleğin boyutu büyüdü, çünkü tekerlek ne kadar büyükse, pedalların bir dönüşü ile o kadar uzağa gidebiliyordunuz. Maliyet, ortalama bir işçi için altı aylık maaş olduğu için, bu yeni icat gelir sahibi genç erkekler arasında popüler hale geldi.
"Bisikletlerin Altın Çağı" olarak adlandırılan bisiklet çılgınlığı, 1887'de John Boyd Dunlop’un havalı lastiği gibi birkaç yeniliğin başlamasıyla başladı. Bundan kısa bir süre sonra, rubleli arka tekerlek geliştirildi. Bu, 1898'de kontra pedal frenlerin (coaster fren) icat edilmesine yol açtı. Yavaşça benimsenmelerine rağmen, bu süre zarfında vites değiştirici dişliler ve el frenleri de geliştirildi.
Geçen yüzyılda, bisiklet kadrosu gelişimin temel alanı oldu. Amaç, kadroyu daha hafif yapmak ve böylece bisikletin aynı miktarda çabayla daha hızlı hareket etmesini kolaylaştırmaktır. Sonuç olarak, ilk düz karbonlu çelik kadrolar yerini yüksek teknolojili bisikletler için sertleştirilebilir 4130 krom-moli alaşımlarına bıraktı. Günümüzde halen çelik kullanılırken, üst düzey bisikletlerin çoğu ağırlığı daha da azaltmak için alüminyum, titanyum veya karbon fiberden imal ediliyor.
Her malzemenin güçlü ve zayıf yönleri vardır. Krom-moly çelik (4130) kaynaklanabilirliği, şekillendirilebilirliği, mukavemeti, sünekliği ve tokluğu nedeniyle yaygın olarak kullanılmaktadır.
Korozyona dikkat!
Alaşım tipik olarak 870°C'de ısıl işleme tabi tutulur ve ardından bir yağ banyosunda su verilir. Temperleme, istenen mukavemet (sertlik) ihtiyacına göre 400-600°C'de gerçekleştirilir. Bu malzemeye kaynak sonrası ısıl işlem (gerilim giderme) gerekmez. Korozyona yani paslanmaya karşı dirençleri yok denecek kadar az olduğundan her daim bir koruyucu katman (boya veya kaplama) ile korunmaları gerekir.
Çelik malzemelerin yoğunluğu titanyumun yaklaşık iki ve alüminyumun yoğunluğunun yaklaşık üç katı olmasına rağmen, çelik bir kadro alüminyumun üç katı ağırlığa sahip değildir. İyi mukavemetleri nedeni ile daha ince kesitli kadro boruları kullanılabilir.
Alüminyum yorulur!
Çelik ve titanyumun alüminyuma göre avantajlarından biri, yorulma sınırının altında tekrar eden bir yükün hasara neden olmayacağı bir yorulma davranışına sahip olmalarıdır. Alüminyumun bu yeteneği yoktur, yani yeterli döngü sayısında uygulanan çok küçük bir yük bile hasara neden olacaktır. Bu döngü sayısının milyon adet kadar olması gerektiğini de hatırlatmak isterim.
Metalik malzemelerden imal edilmiş tüm bisiklet kadrolarının gelişmelerini sağlayan iki önemli konu: Boru üretiminde ve kaynak teknolojisinde yaşanan gelişmeler.
İlk olarak 1970'li yıllarda kullanılmaya başlayan alüminyum kadrolar TIG (tungsten inert gaz) kaynağının gelişimi ile daha da yaygın olarak imal edilmiştir.
Bisikletiniz alüminyum ise, büyük olasılıkla ısıl işlem uygulanabilen 6061 alaşımı olacaktır. Bununla birlikte, bu alaşım kaynak yapılmışsa, tam mukavemete ulaşabilmesi için çözeltiye alma ısıl işleminden geçirilmesi ve yapay olarak yaşlandırılması gerekir. Çözelti ısıl işlemi genellikle birkaç saat boyunca 430 ila 540° C arasında gerçekleştirilir ve sonrasına oda sıcaklığına kadar soğutma ile son bulur. Çökelme sertleştirme (yaşlandırma) genellikle 120-180°C'de 8-36 saat süreyle yapılır. 7005 gibi diğer alüminyum alaşımlarının, kaynak işleminden sonra çözelti ısıl işlemine tabi tutulması gerekmez, ancak yapay yaşlandırma gereklidir.
1990'ların ortalarında titanyum alaşımlarından imal edilmiş bisiklet kadrolarını bulmak mümkün. Titanyum bisiklet gövdeleri için "ideal" metal olsa da, maliyeti ve üretim yöntemlerindeki zorluklar nedeniyle hiçbir zaman geniş kullanım alanı bulamamıştır. Üretiminin önündeki en büyük engel titanyumun kaynaklanmasının daha zor olmasıdır. Kesin kaynak prosedürleri olmadan, kaynaklar kolayca bozulabilir (kontamine) ve bu da kullanım sırasında feci hasarlara neden olabilir.
Bisiklet kadrolarında kullanılan en popüler iki alaşım,
3AI - 2.5V [UNS R56320]
6AI - 4V [UNS R56400]
Her iki alaşımda boru üretim aşamasında çözeltiye alma ve yaşlandırma işlemine tabi tutulmalıdır.
Alüminyum lityum gibi daha egzotik kadro malzemeleri de kısıtlı olarak kullanılmaktadır. Bu alaşımlar kritik bir ısıl işlem süreci gerektirir. Alaşım çok uzun süre veya çok yüksek bir sıcaklıkta ısıtılırsa, lityum oksitlenerek çok fazla yumuşak saf bir alüminyum bırakabilir.
Keza magnezyum alaşımlarından imal edilmiş bazı kadro parçalarına da rastlanabilir. Magnezyum alaşımlarının ısıl işlemlerinin de çok zahmetli ve riskli olduğu göz ardı edilmemelidir.
Bu yazıda bisiklet kadrolarında kullanılan metalik malzemeleri kullanım, konfor gibi yönlerini bir kenara bırakarak tarih içerisindeki gelişimleri ile anlatmaya çalıştım. Çelik, alüminyum ve titanyum uzun yıllardır kullanılan kadro malzemeleri. Bir bisiklet sevdalısı malzeme mühendisi olarak hiç birini diğerinde ayıramıyorum. Hedef hepsinden birer tane sahip olmak olsun.