Cannondale Bicycle Owner's Manual - 1. Understanding Metals

67

1. UndeRstandinG metals

Steel  is  the  traditional  material  for  building  bicycle 

frames.  It  has  good  characteristics,  but  in  high 

performance  bicycles,  steel  has  been  largely 

replaced by aluminum and some titanium. The main 

factor  driving  this  change  is  interest  by  enthusiast 

customers in lighter bicycles.

Properties of metals

Please understand that there is no simple statement 

that  can  be  made  that  characterizes  the  use  of 

different metals for bicycles. What is true is how the 

metal chosen is applied is much more important than 

the material alone. One must look at the way the bike 

is designed, tested, manufactured, supported along 

with  the  characteristics  of  the  metal  rather  than 

seeking a simplistic answer. 

Metals  vary  widely  in  their  resistance  to  corrosion. 

Steel  must  be  protected  or  rust  will  attack  it. 

Aluminum  and  Titanium  quickly  develop  an  oxide 

film that protects the metal from further corrosion. 

Both  are  therefore  quite  resistant  to  corrosion. The 

6000  series  aluminum  alloys  Cannondale  has  used 

for years are commonly used in marine applications. 

Aluminum  is  not  perfectly  corrosion  resistant  and 

particular care must be used where it contacts other 

metals and galvanic corrosion can occur. 

Metals  are  comparatively  ductile.  Ductile  means 

bending,  buckling  and  stretching  before  breaking. 

Generally  speaking,  of  the  common  bicycle  frame 

building materials steel is the most ductile, titanium 

less ductile, followed by aluminum. 

Metals  vary  in  density.  Density  is  weight  per  unit 

of  material.  Steel  weighs  7.8  grams/cm3  (grams 

per  cubic  centimeter),  titanium  4.5  grams/cm3, 

aluminum 2.75 grams/cm3. Contrast these numbers 

with carbon fiber composite at 1.45 grams/cm3.   

Metals  are  subject  to  fatigue.  With  enough  cycles 

of use, at high enough loads, metals will eventually 

develop cracks that lead to failure. It is very important 

that you read Metal Fatigue 101 next.

Let’s say you hit a curb, ditch, rock, car, fallen cyclist 

or other object.  First, read the Important warnings at 

the beginning of SECTION A: Bicycles Cannot Protect 

You. At any speed above a fast walk your body will 

continue to move forward, momentum carrying you 

over  the  front  of  the  bike. You  cannot  and  will  not 

stay on the bike and what happens to the frame and 

fork is irrelevant to what happens to your body. 

What  should  you  expect  from  your  metal  frame? 

It  depends  on  many  complex  factors,  which  is 

why  we  tell  you  that  crash  worthiness  cannot 

be  a  design  criteria.  With  that  important  note, 

we  can  tell  you  that  if  the  impact  is  hard  enough 

the  fork  or  frame  may  be  bent  or  buckled.  

see figure a on page 68. On a most all steel bikes, 

the  steel  fork  may  be  severely  bent  and  the  frame 

undamaged.  Aluminum  is  less  ductile  than  steel, 

but you can expect the fork and frame to be bent or 

buckled. Hit harder and the top tube may be broken 

in  tension  and  the  down  tube  buckled.  Hit  harder 

and  the  top  tube  may  be  broken,  the  down  tube 

buckled and broken, leaving the head tube and fork 

separated from the main triangle.