Текст Джеймс Спендер | Фотографии Дэнни Бёрд
Последний раз, когда «Тур де Франс» выигрывали на стальном велосипеде, был в 1994 году. Мигель Индурайн победно въехал на Елисейские поля на своем велосипеде сборки Дарио Пегоретти, Pinarello без фирменного шильдика. Последний раз, когда алюминиевый велосипед получил свою звезду славы на парижских бульварах, был в 1998 году: Bianchi Mega Pro XL, которым управлял Марко Пантани. С 1999 года каждая победа в «Туре» была получена на карбоновых машинах (хотя во избежание исторического недопонимания, отметим, что в 2006 году победителем стал Оскар Перейро, на магнезиевой Pinarello Dogma FPX с карбоновыми перьями).
В истории материалов, из которых сделаны рамы победителей, только одно название редко упоминается – титан. Хотя команда Грега Лемонда Z Team ездила на титановых Merlin Extra Lights, и Лэнс Армстронг приехал к успеху в тайм-триале на титановом Litespeed Blade компании Trek в 1999 году, титан заметно отсутствовал в про-пелотоне. Но ему все-таки удалось приобрести почти мистический статус «велосипеда для жизни», более желанного, чем сталь, и более престижного, чем карбон – настоящий выбор разумного велосипедиста.
В истории материалов, из которых сделаны рамы победителей, только одно название редко упоминается – титан. Хотя команда Грега Лемонда Z Team ездила на титановых Merlin Extra Lights, и Лэнс Армстронг приехал к успеху в тайм-триале на титановом Litespeed Blade компании Trek в 1999 году, титан заметно отсутствовал в про-пелотоне. Но ему все-таки удалось приобрести почти мистический статус «велосипеда для жизни», более желанного, чем сталь, и более престижного, чем карбон – настоящий выбор разумного велосипедиста.
Но почему титан стал таким престижным? Заслуженно ли он занял пьедестал в своей нише? Правильно ли мы его используем? Почему он такой дорогой, и, что самое важное, подойдет ли он для вашего следующего велосипеда?
Первое, что нужно понимать про титан, это номенклатура его соединения, и факт, что титан, который используется в велосипедах, так же, как и его алюминиевые и стальные собратья, представляет собой сплав. Это значит, что материал смешан с другими элементами, которые улучшают его свойства.
«Мне помнится, что первые титановые трубы для велосипедов появились в Speedwell Titanium в Бирмингеме в 1970-х, – говорит Кит Норонья, управляющий директор Reynolds Technology. – Они выпустили СР2, хороший материал для того времени, но с низкой прочностью. Мне кажется, титан тогда привлек фреймбилдеров тем, что в отличие от стали не ржавел, если его оставить необработанным».
СР значит commercially pure, то есть «промышленно чистый» – материал без сплавов. Цифра 2 в названии обозначает степень, указывающую на такие аспекты, как предел прочности (способность растягиваться перед разрушением) и деформируемость (насколько податливым является материал, как он принимает необходимую форму под влиянием нагрузки без разрушения). СР2 используется в промышленности, из него делают контейнеры для жидкой химии и медицинское оборудование, а вот с велосипедами связаны 2 других типа: 9 и 5 степени. Или, что еще чаще, 3/2.5 и 6/4, как объясняет профессор Мартин Джексон из университета Шеффилда, старший преподаватель технологии материалов.
Первое, что нужно понимать про титан, это номенклатура его соединения, и факт, что титан, который используется в велосипедах, так же, как и его алюминиевые и стальные собратья, представляет собой сплав. Это значит, что материал смешан с другими элементами, которые улучшают его свойства.
«Мне помнится, что первые титановые трубы для велосипедов появились в Speedwell Titanium в Бирмингеме в 1970-х, – говорит Кит Норонья, управляющий директор Reynolds Technology. – Они выпустили СР2, хороший материал для того времени, но с низкой прочностью. Мне кажется, титан тогда привлек фреймбилдеров тем, что в отличие от стали не ржавел, если его оставить необработанным».
СР значит commercially pure, то есть «промышленно чистый» – материал без сплавов. Цифра 2 в названии обозначает степень, указывающую на такие аспекты, как предел прочности (способность растягиваться перед разрушением) и деформируемость (насколько податливым является материал, как он принимает необходимую форму под влиянием нагрузки без разрушения). СР2 используется в промышленности, из него делают контейнеры для жидкой химии и медицинское оборудование, а вот с велосипедами связаны 2 других типа: 9 и 5 степени. Или, что еще чаще, 3/2.5 и 6/4, как объясняет профессор Мартин Джексон из университета Шеффилда, старший преподаватель технологии материалов.
«Чистый титан достаточно мягкий, так что в него добавляют алюминий и ванадий для повышения прочности и сохранения работоспособности. Так что, когда мы говорим 6/4 – это значит, что в сплаве содержится 6% алюминия (по весу) и 4% ванадия. 3/2,5 – менее разбавленный материал, здесь 3% алюминия и 2,5% ванадия. Добавьте больше алюминия и еще больше повысите прочность и жесткость, но понизите деформируемость и получите трещину. Добавьте больше ванадия и увеличите деформируемость – материал станет менее хрупким, – но понизите жесткость. Так что это вопрос баланса».
Рама должна быть достаточно прочной, чтобы не гнуться под нагрузками, но и достаточно гибкой, чтобы при ударах не разваливаться на куски. Еще она должна быть легкой. Спросите любого сторонника титановых велосипедов и он скажет, что титан – воплощение этих требований, только с добавленной пользой – он крепкий, не корродирует и каким-то непостижимым образом делает так, что велосипед очень мягко едет. Но правы ли они?
Рама должна быть достаточно прочной, чтобы не гнуться под нагрузками, но и достаточно гибкой, чтобы при ударах не разваливаться на куски. Еще она должна быть легкой. Спросите любого сторонника титановых велосипедов и он скажет, что титан – воплощение этих требований, только с добавленной пользой – он крепкий, не корродирует и каким-то непостижимым образом делает так, что велосипед очень мягко едет. Но правы ли они?
Сопоставимые вещи
«Если вы возьмете трубы одинакового диаметра и с одинаковой толщиной стенок, у алюминия будет самый малый модуль упругости и жесткость в половину меньше, чем у титана, а у титана жесткость будет в половину меньше, чем у стали. В реальности это зависит от конкретного сплава, но все равно мне интересно, почему люди говорят, что у титана особенное поведение при езде. В механическом смысле, алюминий должен давать наиболее терпимое качество езды».
«В реальности вы никогда не встретите такую ситуацию, где эти три материала существуют в одинаковых размерах труб и одинаковой формы», – добавляет профессор Джексон, и, если вы сравните три велосипеда из каждого материала, то увидите, что он прав. Кроме некоторых исключений типа новинки Columbus Spirit HSS – труб шириной 44 мм, общее правило заключается в том, что стальные трубы самые тонкие, потом идет титан, потом алюминий. Причина в плотности материала.
Плотность алюминия в три раза меньше плотности стали и в два раза меньше плотности титана. Это значит, что можно сделать велосипед из алюминия с
бóльшим диаметром труб без возрастания веса, по сравнению со сталью или титаном. Чтобы сделать стальной велосипед приемлемого веса, трубы должны быть тоньше. Труба широкого диаметра жестче, чем более узкая, так что алюминиевый велосипед будет ощущаться жестким, и гораздо более жестким, чем стальной велосипед, чьи узкие трубы легче гнутся. Титан пристроился в сладкой середине между этими двумя материалами.
«Так как плотность титана ниже, чем плотность стали, можно использовать трубы большего диаметра при том же весе, – объясняет Кит Норонья из компании Reynolds. – Чтобы титан проявил лучшие свойства, проектировщик будет использовать комбинацию труб большого диаметра для основного треугольника рамы с трубами малого диаметра для всего остального. С узкими трубами сложно работать, и с титаном это проще, чем с алюминием, потому что титан очень прочный и имеет очень высокую усталостную прочность, так что будет работать, как пружина».
Это еще одно важное свойство титана: усталостная прочность. Как объясняет Норонья: «Представьте себе большую пружину в виде спирали. Если она сделана из титана, вы можете подпрыгивать на ней почти бесконечное число циклов и пружина не сломается, при условии, что не превысите максимального предела напряжения. Алюминий имеет предел усталости, хотя и очень высокий, после достижения которого материал разрушится».
Титан имеет гораздо большую способность гнуться, не ломаясь. Он растягивается до 25%, по сравнению с примерно 15% в случае стали и 8% для алюминия. Соедините эти свойства и поймете, откуда берутся все эти мнения, что титановые рамы – рамы для жизни. И это мы даже не подошли к вопросу коррозии.
«В реальности вы никогда не встретите такую ситуацию, где эти три материала существуют в одинаковых размерах труб и одинаковой формы», – добавляет профессор Джексон, и, если вы сравните три велосипеда из каждого материала, то увидите, что он прав. Кроме некоторых исключений типа новинки Columbus Spirit HSS – труб шириной 44 мм, общее правило заключается в том, что стальные трубы самые тонкие, потом идет титан, потом алюминий. Причина в плотности материала.
Плотность алюминия в три раза меньше плотности стали и в два раза меньше плотности титана. Это значит, что можно сделать велосипед из алюминия с
бóльшим диаметром труб без возрастания веса, по сравнению со сталью или титаном. Чтобы сделать стальной велосипед приемлемого веса, трубы должны быть тоньше. Труба широкого диаметра жестче, чем более узкая, так что алюминиевый велосипед будет ощущаться жестким, и гораздо более жестким, чем стальной велосипед, чьи узкие трубы легче гнутся. Титан пристроился в сладкой середине между этими двумя материалами.
«Так как плотность титана ниже, чем плотность стали, можно использовать трубы большего диаметра при том же весе, – объясняет Кит Норонья из компании Reynolds. – Чтобы титан проявил лучшие свойства, проектировщик будет использовать комбинацию труб большого диаметра для основного треугольника рамы с трубами малого диаметра для всего остального. С узкими трубами сложно работать, и с титаном это проще, чем с алюминием, потому что титан очень прочный и имеет очень высокую усталостную прочность, так что будет работать, как пружина».
Это еще одно важное свойство титана: усталостная прочность. Как объясняет Норонья: «Представьте себе большую пружину в виде спирали. Если она сделана из титана, вы можете подпрыгивать на ней почти бесконечное число циклов и пружина не сломается, при условии, что не превысите максимального предела напряжения. Алюминий имеет предел усталости, хотя и очень высокий, после достижения которого материал разрушится».
Титан имеет гораздо большую способность гнуться, не ломаясь. Он растягивается до 25%, по сравнению с примерно 15% в случае стали и 8% для алюминия. Соедините эти свойства и поймете, откуда берутся все эти мнения, что титановые рамы – рамы для жизни. И это мы даже не подошли к вопросу коррозии.
Анти-герой
Большинство титановых рам можно узнать по чистым металлическим трубам, обработанным множеством способов от зеркальной полировки до матового покрытия. В отличие от стали или алюминия, титан позволяет видеть материал без ущерба для него. Тем не менее, причина несколько противоречит здравому смыслу.
«На самом деле вы никогда не трогаете сам титан, – утверждает Мартин Джексон. – Когда вы берете кусок титана 3/2.5, вы трогаете невесомый, существующий на нано-уровне оксид, потому что титан любит кислород и азот, и немедленно покрывается оксидной пленкой при комнатной температуре. Эта невесомая нано-защита создает барьер для коррозии (так как сам титан больше не контактирует с воздухом), увеличивая анти-коррозийные свойства титана. Именно поэтому вам приходится сваривать титан с защитным инертным газом, например аргоном, потому что когда титан нагревается в процессе сварки, его структура открывается и действует как губка, впитывая так много кислорода и азота, сколько только возможно, пока снова не превратится в оксид, и сварщик получает настоящий бардак и шов, податливый к поломке».
Правильно сваренный и обработанный титан великолепно подходит для долгой службы, но это также объясняет, почему он такой дорогой.
«На самом деле на Земле полно мест залегания титана, в черных песках на берегах Австралии, Индии и Шри-Ланки, например, но его высокая восприимчивость к кислороду делает сложным его добычу, – говорит Джексон. – Приходится использовать дорогие химикаты, чтобы оградить металл от кислорода, потом нужно расплавить его в вакууме, что тоже дорого. Добыча и работа с титаном – очень напряженный процесс, на выходе дающий малые партии материала».
Джексон считает, что 50% общей стоимости титана получается из-за добычи его из земли в форму, из которой он будет превращен в жесткие бруски, которые будут вытянуты в трубы. И это даже до того, как титан окажется в руках какой-нибудь компании типа Reynolds, и сварщик включит подачу аргона и поднимет орудие сварки.
По сравнению с карбоном, титан – очень дорогой вариант, при этом далеко не настолько многогранный, но, согласно Джиму Волкеру из Enigma Bikes, это не должно вас останавливать.
«Без сомнений, если вы профессиональный гонщик, вам нужен только карбон. Жесткий, очень легкий и легко превращаемый в любую аэродинамическую форму. Но большинство людей – не гонщики. Они хотят велосипед, который будет классно выглядеть, но при этом будет плавным, комфортным и долго прослужит, и это именно та ситуация, где титан вступает в свои права».
Вторит ему Джон Кариву из Moots: «Для многих титан – подходящий материал благодаря ездовым качествам и прочности. Сложно соревноваться с карбоном по весовым качествам, но приблизиться к ним возможно, и титан превзойдет карбон, например, при аварии или в ежедневном обращении. Этот материал также позволяет фреймбилдеру увеличивать качество езды, изменяя диаметры и толщины стенок труб для заданного роста и веса будущего владельца велосипеда».
Остался еще один вопрос: развился ли титан настолько, насколько мог, и используем ли мы лучшие материалы для работы? В последнее время все титановые рамы, кроме нескольких исключений, делают из труб 3/2,5, хотя титан 6/4 прочнее и жестче, и его использование дало бы более легкие велосипеды. Не упускают ли фреймбилдеры отличную возможность и есть ли еще такие секреты?
«Титановые сплавы, такие как 6/4, не были изобретены для велоиндустрии, они предназначались для военной авиационной промышленности и совсем не оптимизированы для велорынка. – объясняет профессор Мартин Джексон.
– Единственная причина, по которой мы его используем, в том, что он есть в наличии для авиационно-космического производства и максимально похож на титан 3/2,5».
«Чтобы сравнить все в перспективе, представьте: каждый час производится больше стали, чем титана за целый год. Между поставщиками титана и компаниями типа Boeing заключены договоры о поставках продолжительностью в 10-20 лет, и после них остается не так много. Все, что остается, отправляется на нужды автомобильной промышленности, прежде чем велопроизводители успеют до этого добраться. Так что велоиндустрии достаются остатки, которые совсем не оптимизированы для наших требований».
«На самом деле вы никогда не трогаете сам титан, – утверждает Мартин Джексон. – Когда вы берете кусок титана 3/2.5, вы трогаете невесомый, существующий на нано-уровне оксид, потому что титан любит кислород и азот, и немедленно покрывается оксидной пленкой при комнатной температуре. Эта невесомая нано-защита создает барьер для коррозии (так как сам титан больше не контактирует с воздухом), увеличивая анти-коррозийные свойства титана. Именно поэтому вам приходится сваривать титан с защитным инертным газом, например аргоном, потому что когда титан нагревается в процессе сварки, его структура открывается и действует как губка, впитывая так много кислорода и азота, сколько только возможно, пока снова не превратится в оксид, и сварщик получает настоящий бардак и шов, податливый к поломке».
Правильно сваренный и обработанный титан великолепно подходит для долгой службы, но это также объясняет, почему он такой дорогой.
«На самом деле на Земле полно мест залегания титана, в черных песках на берегах Австралии, Индии и Шри-Ланки, например, но его высокая восприимчивость к кислороду делает сложным его добычу, – говорит Джексон. – Приходится использовать дорогие химикаты, чтобы оградить металл от кислорода, потом нужно расплавить его в вакууме, что тоже дорого. Добыча и работа с титаном – очень напряженный процесс, на выходе дающий малые партии материала».
Джексон считает, что 50% общей стоимости титана получается из-за добычи его из земли в форму, из которой он будет превращен в жесткие бруски, которые будут вытянуты в трубы. И это даже до того, как титан окажется в руках какой-нибудь компании типа Reynolds, и сварщик включит подачу аргона и поднимет орудие сварки.
По сравнению с карбоном, титан – очень дорогой вариант, при этом далеко не настолько многогранный, но, согласно Джиму Волкеру из Enigma Bikes, это не должно вас останавливать.
«Без сомнений, если вы профессиональный гонщик, вам нужен только карбон. Жесткий, очень легкий и легко превращаемый в любую аэродинамическую форму. Но большинство людей – не гонщики. Они хотят велосипед, который будет классно выглядеть, но при этом будет плавным, комфортным и долго прослужит, и это именно та ситуация, где титан вступает в свои права».
Вторит ему Джон Кариву из Moots: «Для многих титан – подходящий материал благодаря ездовым качествам и прочности. Сложно соревноваться с карбоном по весовым качествам, но приблизиться к ним возможно, и титан превзойдет карбон, например, при аварии или в ежедневном обращении. Этот материал также позволяет фреймбилдеру увеличивать качество езды, изменяя диаметры и толщины стенок труб для заданного роста и веса будущего владельца велосипеда».
Остался еще один вопрос: развился ли титан настолько, насколько мог, и используем ли мы лучшие материалы для работы? В последнее время все титановые рамы, кроме нескольких исключений, делают из труб 3/2,5, хотя титан 6/4 прочнее и жестче, и его использование дало бы более легкие велосипеды. Не упускают ли фреймбилдеры отличную возможность и есть ли еще такие секреты?
«Титановые сплавы, такие как 6/4, не были изобретены для велоиндустрии, они предназначались для военной авиационной промышленности и совсем не оптимизированы для велорынка. – объясняет профессор Мартин Джексон.
– Единственная причина, по которой мы его используем, в том, что он есть в наличии для авиационно-космического производства и максимально похож на титан 3/2,5».
«Чтобы сравнить все в перспективе, представьте: каждый час производится больше стали, чем титана за целый год. Между поставщиками титана и компаниями типа Boeing заключены договоры о поставках продолжительностью в 10-20 лет, и после них остается не так много. Все, что остается, отправляется на нужды автомобильной промышленности, прежде чем велопроизводители успеют до этого добраться. Так что велоиндустрии достаются остатки, которые совсем не оптимизированы для наших требований».
Будущее за легкостью
В велоиндустрии все разительно отличается от остальных отраслей, где используется титан. Джексон вместе со своей командой разрабатывает новые сплавы для автомобильного сектора, для использования в пружинах подвески и пружинах клапанов. Они улучшают сплавы и соотношение компонентов, вместо того, чтобы строить из того, что уже существует. То же самое можно сделать и для велосипедов: разработать оптимизированные титановые сплавы, прокачанные для определенных ездовых характеристик. Но проблема в том, что велорынок сравнительно небольшой, там нет свободных денег, чтобы разработать особенные вело-трубы из титана.
Все это отлично знакомо Киту Норонья: «Титан 6/4 примерно на 20-30% прочнее, чем 3/2,5. Мы в Reynolds когда-то производили трубы 6/4, но мы больше не можем иметь дело с сырыми материалами». Хотя титан 6/4 все-таки еще используется, но в небольшом количестве велосипедов. Вселосипед Excel Enigma сделан из труб 6/4, произведенных на Дальнем Востоке, хотя Волкер настаивает, что стоят они в два раза дороже, чем 3/2,5. В компания Lynskey Titanium Bicycles использовали прокатные и сварные листы титана 6/4, чтобы сделать трубы для своей рамы Р460. Эти рамы не только жесткие, но и более легкие, что заставляет задуматься, может быть есть новый титановый сплав, который появится на рынке? Как минимум один человек разделяет этот взгляд, разбавляя его здоровой дозой реализма.
«Да, велопроизводители болтаются на хвосту у остальных индустрий, – говорит Бен Китчер, сотрудник исследовательского центра университета Шеффилда. –
Когда вам противостоят контракты на поставку титана для Airbus A350 на следующие 25 лет, нужно быть достаточно большим игроком, чтобы вписаться в цепочку поставок, и спортивные производители такими не являются – поэтому у нас и отсутствуют трубы из титана 6/4. Но нет причины, по которой разработчики новых титановых сплавов в других отраслях не должны в конечном итоге дать доступ велоиндустрии к этим материалам. Прямо сейчас наш исследовательский центр работает над новым патентованным титановым сплавом, Т5553. Он даже прочнее, чем 6/4».
Хотя в ближайшее время у вас не получится заказать велосипед из сплава Т5553, будущее титана – по крайней мере умозрительно – выглядит светлым. А настоящее?.. Ну, такое же яркое, как обычно.
Все это отлично знакомо Киту Норонья: «Титан 6/4 примерно на 20-30% прочнее, чем 3/2,5. Мы в Reynolds когда-то производили трубы 6/4, но мы больше не можем иметь дело с сырыми материалами». Хотя титан 6/4 все-таки еще используется, но в небольшом количестве велосипедов. Вселосипед Excel Enigma сделан из труб 6/4, произведенных на Дальнем Востоке, хотя Волкер настаивает, что стоят они в два раза дороже, чем 3/2,5. В компания Lynskey Titanium Bicycles использовали прокатные и сварные листы титана 6/4, чтобы сделать трубы для своей рамы Р460. Эти рамы не только жесткие, но и более легкие, что заставляет задуматься, может быть есть новый титановый сплав, который появится на рынке? Как минимум один человек разделяет этот взгляд, разбавляя его здоровой дозой реализма.
«Да, велопроизводители болтаются на хвосту у остальных индустрий, – говорит Бен Китчер, сотрудник исследовательского центра университета Шеффилда. –
Когда вам противостоят контракты на поставку титана для Airbus A350 на следующие 25 лет, нужно быть достаточно большим игроком, чтобы вписаться в цепочку поставок, и спортивные производители такими не являются – поэтому у нас и отсутствуют трубы из титана 6/4. Но нет причины, по которой разработчики новых титановых сплавов в других отраслях не должны в конечном итоге дать доступ велоиндустрии к этим материалам. Прямо сейчас наш исследовательский центр работает над новым патентованным титановым сплавом, Т5553. Он даже прочнее, чем 6/4».
Хотя в ближайшее время у вас не получится заказать велосипед из сплава Т5553, будущее титана – по крайней мере умозрительно – выглядит светлым. А настоящее?.. Ну, такое же яркое, как обычно.
Читать дальше
