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自行车车架材质一览

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  • TA的每日心情
    开心
    2017-5-26 11:32
  • 签到天数: 4 天

    [LV.2]偶尔看看I

    发表于 2017-5-27 10:25:28 | 显示全部楼层 |阅读模式
    转自美骑网——
    碳钢:
      未故意添加任何合金元素的铁(Fe)--碳(C)合金为碳钢,碳在钢中有提高强度的作用,含碳量越高,强度越好,但含碳量高于0.8%时,含碳量越高,钢越脆,因此在车架及前叉的材料为强度适中,塑性佳,易加工的中低碳钢,碳含量约0.25%---0.35%。
    铬钼合金钢:
      在碳钢中加入一种或一种以上合计元素所成之钢为合金钢,加入钼(Mo)和铬(Cr)两种元素称为钼铬合金钢。
      钼的作用:使钢的强度提高,防止回火 脆性。
      铬的作用:耐腐,抗锈,防止高温氧化。
      钼铬合金钢的强度在合金钢中名列前矛,且易于抽管加工减清重量,成为最普遍的车架、前叉材料,目前钼铬合金钢抽管加工名称:
      BUTTED(一次抽管)或称二次元 ,两种管壁厚度。
      DUBLE BUTTED(二次抽管)或称三次元 ,三种管壁厚度。
      TRIPLE BUTTED(三次抽管)或称四次元 ,四种管壁厚度。
      抽管的作用在使钢管中薄边厚的拱桥 形状,强度不变,重量减轻,金属性 更强。
    铝合金:
      铝是地球上存量最多的金属,其质轻、耐腐、强度适当,使科学家预测未来或许取代今日的钢铁之地位。铝与其他金属合成为铝合金,其中以铜最普遍,铜在铝合金中的用途,如碳在钢中一般,但耐腐用途之铝合金则不可含铜。铝的特性原本是极易氧化,幸而它在空气中氧花的结果形成一层极细密的AI2 O3 膜,可以保护内部不再氧化,因此耐腐性反而比铜铁高,所谓阳极处理,既在铝制品 表面生成一层光量AI2 O3 膜即美观又可防腐。此外,铝合金表面易行发色处理棵,生长一层具颜色之皮膜,可以得到所欲的颜色。
    镁合金:
      镁是极易燃烧的金属,早期摄影用镁光灯,即燃烧镁粉所造成强光,镁合金的重量及强度约为铝合金的2/3,虽然轻,但不易加工,且较脆,所以目前除ROCK-SHOX避震前叉外壳使用镁合金外,一般车架,极少使用。
    钛合金:
      钛(Ti)在地球上的存量为金属中第四位,钛及其合金,强度蓖美合金钢而重量及强度仅其一半,加上优越的耐腐性,成为军事及航空、太空工业所必要材料,目前钛合金管用在自行车上的普遍性不高,因其冶炼成本高,焊接等加工技术不易,故价格偏高,难以广泛使用。
    碳纤维:
      碳纤维强度高,质轻,是新生的材料,严格来讲是复合材料,其并非单一材料组成,其他树脂,玻纤,铝合金等,可依特性混合或搭接使用,是目前重量最轻的车架材料,碳纤维管是由一丝丝纤维线织成碳纤布后,一层层锩管而成再经加工处理搭接组成。
      目前可以制造自行车车架的材料主要有以下几种:钢,铝合金,钛合金,镁合金,钪合金,碳纤维等等,一般市场上出现的车架主要有钢,铝合金,钛合金,碳纤维。钪合金和镁合金是最近的新兴材料,比较少见。
                                                                                       责任编辑:老倔
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  • TA的每日心情
    开心
    2017-5-26 11:32
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    [LV.2]偶尔看看I

     楼主| 发表于 2017-5-27 10:27:18 | 显示全部楼层
    车架材质从最早的铬钼钢、进化到铝合金、然后是复合材料的运用如碳纤维,其他还有钪合金、镁合金、钛合金等,业者不断研发新材料配方,提升管件与结构设计能力并创新加工技术,只为了让车架更轻、更强、更舒适且更流线美观。密度是决定车架重量的关键因素之一,密度愈低,车架可以做到愈轻,铬钼钢的密度为7.9,铝合金为2.6-2.9,钛4.5,钛合金4.3-5.1,碳纤维复材1.6,镁合金1.7,由此可知铬钼钢的密度最高,碳纤复材最低。然而车架除了重量外,还要考虑拉伸强度,弹性系数等,所以虽然密度低,但强度不够也不行。 一般来说,车架刚性决定于材质的弹性系数,钢的弹性系数为30,铝为10-11,钛15-16.5,因此当管径、壁厚相同时,铝车架的刚性只有钢车架的三分之一,钛车架的刚性也只有钢车架的二分之一。车架强度则由材质的降伏强度决定,降伏强度和车架管材的品质、热处理制程及合金成份都有很大的关系。铝的降伏点仅11-59,钛40-120,钢46-162,相较之下铝材显得较脆弱且易损坏。在实际设计上,每台车架的管材管径大小会决定车架刚性,强度与重量,管材壁厚也会影响车架强度与重量。一台最适设计的车架有些地方强调刚性、有些地方要强度、有些地方要吸震,因此必须在不同功能诉求的部位用对适合的材料,而不同材料的结合技术也是车架业者的一大考验。
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  • TA的每日心情
    开心
    2017-5-26 11:32
  • 签到天数: 4 天

    [LV.2]偶尔看看I

     楼主| 发表于 2017-5-27 10:33:18 | 显示全部楼层
    更新各车架特点:
    钢材质车架优缺点:
    钢材是使用在自行车上最久的车架材质,主要优点包括长时间骑乘的刚性佳、管材有弹性(吸震)、管材接合方式多且加工性佳、易焊接且不需要热处理,因此成本与价格相对较低。缺点则是重量过重,保养不当容易生锈,管材塑形较不易且有金属疲劳的问题。然而现今许多合金钢材已可在刚性、弹性系数、传动性、稳定性上得到很好的效果,唯一美中不足的依旧是重量较重。钢材中以铬钼钢最普遍,其强度高且易于抽管加工。钼可使钢的强度提高、防止回脆性;铬可使钢耐腐蚀、抗锈及防止高温氧化。许多手工钢管车拥护者最推荐的就是其极佳的路感与适合长途骑乘的舒适优点,诚如钢管老饕所言:「钢管恒久远,一台永流传!」适合用在BMX竟技车、长途旅行车与载重车。从最普通的民用自行车到高端的竞赛级车辆,都或多或少的使用着钢材。除了冶炼技术的完善之外,钢也有其它材料所不能代替的优点:
    1.加工性能好,铬钼钢是历史最悠久的自行车素材,对它的研究时间也最长,因此它的加工技术已经发展到一个相当稳定的程度。
    2.强度大,根据车友们使用下来的结论来看可以得出:相同体积下的钢材的强度远远大于铝合金和钛合金,因此合格的钢架的强度都可以让人放心。
    3.乘骑感舒适,钢是一种具有良好的弹性的金属,用钢制作的车架,可以吸收骑行过程中所带来的震动。因此钢架不会向铝架那样让人感觉不舒服,特别适合用来做旅行车架。
    4.钢的金属疲劳性要比铝强的多,所以在相同的使用条件下,钢架的寿命也会比铝架长得多。
    当然,钢架也有其不可克服的缺点:
    1.重量,在极度追求器材轻量化的今天,钢7.8g/立方厘米的质量让所有人对他望而却步。虽然可以使用轻量化的钢材,并且用抽管技术把管壁抽得极薄,可是还是很难把钢架的重量减到1600克以下。而很多铝架的重量只有1400克左右。这也就是在竞赛级别的车架中很少看见钢架的缘故。
    2.生锈,相对于其他的材料,钢是比较容易生锈的。生锈会使钢的强度大幅度的下降,减少使用寿命。(像BEARS这些车架为了防止生锈问题都给车架的内管做了新的镀层处理)所以必须采取种种手段来防止钢材生锈。


    铝合金自行车车架优缺点:
    (1)可以制作重量轻的自行车车架  铝的比重轻但不够硬,为了增强强度把它制成合金并施予热处理。[热处理技术]采用时效析出增强法,简单地说,在金属内形成一种妨碍金属变形的物质。在某种高温下进行热处理时,会引起时效析出,若没有经过这个程式的自行车车架,也会引起常温时效。就是说把自行车车架放置在房间内也会逐渐变强。  许多铝合金制自行车车架用6061T6材料来制造。T6标志表示经过热处理、时效。若没有热处理的话强度只能达到1/2,或者1/5的程度。  有7075标志的自行车零件(如XTR曲柄等),严格来讲没有经过热处理。也就是说因没有时效,因此是常温时效。7075合金本来就必要进行热处理,通过热处理其强度可以增加5倍。  另外,7005合金也常用来制造自行车车架,它的强度比不上7075,但是它在常温下也能够进行足够的时效的材料。这种材料也可用Padded加工制成薄料。但是材料本身的强度及杨氏弹性模量低,因此加粗管道直径来提高刚性。通常被称作铝制粗管道的是这种类型。  (2)车架长时间使用外观不怎么变化  铝本身是很容易受腐蚀的金属,在空气中几乎不存在没有被氧化的铝,放置在空气中马上被氧化而形成很薄的氧化膜。为什么不生锈呢?原因是该氧化膜达到一定的程度时防止继续生锈。该氧化膜几乎是无色因此外观上不容易发现变化(有时会发白)  另一方面,骑这种材料制造的自行车时,骑的次数越多,应力发生的次数也高,强度也显著引起变化。近来为了谋求轻量,许多自行车车架使用薄料来制作(薄的程度已达到极限)
    铝合金自行车的缺点 ;(1)铝是弹性率及刚性低的材料。因此采用粗的管道,或者改变形状如cross-over管、padded管等。  (2)需要进行热处理  必需进行热处理,否则强度不够。因此一般的规模不大的工厂无能力购买热处理设备。尤其是6000系的铝合金管,多数情况是管道厂家指定热处理条件。

    钛合金车架优缺点:
    钛合金是航空航天产品中采用的高性能材料,具有卓越的金属材料性能,是目前国际上公认的生产各类比赛及休闲用高档自行车最先进、最理想的材料。钛合金突出的特点是重量轻,强度高,弹性好,抗冲击、疲劳性能好,耐腐蚀永不生锈。自行车特别是赛车要求重量轻、刚度好并且冲击性能好。重量轻可以提高速度,并在长距离运动时降低体力消耗;刚度好的自行车车架有利于驱动力的转换,并提高操纵性能;冲击吸收性好的自行车车架可以较好地减缓来自路面的冲击,从而减轻车手的疲劳。  (1)可以制作轻量而强度大的自行车车架,纯钛金属的强度更高。在钛金属中添加铝和钒,弹性更高(和铝比较),也有利于设计。  (2)不生锈,钛合金不仅其重量仅为钢的50%,且强度重量比比铬钼钢高28.4%。钛合金的疲劳极限是钢的两倍,铝合金自行车在使用较长时间以后在这方面也无法与钛合金自行车车架相比。作为应用在自行自行车车架上的高强度和低密度的钛合金材料,它不仅会让自行车车架重量轻、强度高而且会让自行车车架更经久耐用。  钛在一般的环境下几乎不会被腐蚀。但是它有另一种腐蚀现象即异种金属腐蚀。例如,不同种类的合金接合在一起时,成为电极状态,电位差使局部通电引起腐蚀。对此现象采取的措施是用脂膏等来绝缘(混有金属粉末的脂膏,如商品名:Ti Plepu等)这种金属粉末防止脂膏流失,即使流失后也用来防止紧密接触。这种金属粉末有导电性也不要紧,接触后被较小的荷重破坏掉。这种现象称为「粘住」,它和「烘焙」是不同的。  「粘住、咬合」:金属之间通过腐蚀来接合的现象。 「烘焙接合」:加工金属时所产生的热量来溶融接合。(3)骑感好,
    钛也用在避震器的弹簧上。现在用钛制成的自行车车架适合于长时间的骑行。有些车手酷爱钛制自行车车架,认为骑感极佳。但是个人各异,有人和铬钼钢比较后认为,铬钼钢的自行车车架冲击吸收性比钛自行车车架好,骑感也比钛自行车车架好(这和铬钼钢自行车车架的形状以及用薄的管的结果应力得到增大也有关)假若钛管的加工技术得到进一步改进,也许会有和铬钼钢同样的骑感。  有些钛制自行车车架使人感到摇摆,这也许是使用plane管(没有加padded的,厚薄不能变化的管)有关。或者虽使用高强度的钛合金,但没有用薄的管等也有关系。
    钛合金自行车车架的缺点  价格高。钛在自然界以二氧化钛的形态存在,提练及加工过程复杂,技术要求高,并花时间因此成本高。再有溶接加工极为困难,因为钛和氧的亲和力极强,和空气接触后马上变成二氧化钛,而二氧化钛硬而脆,该部分的强度会不断下降。因此用惰性气体小心焊接。通常所说的Tig焊接是:(Tig:钨、惰性气体的略语)用钨电极及氩气体进行弧焊接。钛的焊接必需隔绝空气下进行。由于以上原因钛自行车车架价格很贵。  近来有些铝合金自行车比钛合金自行车车架价格贵,这说明钛合金自行车车架的价格下降了。其因是冷战结束后军费缩小,钛的用量少了;优秀的技术员开始用钛来制作自行车车架;制作钛自行车车架的成本降低等原因。

    镁合金,钪合金优缺点:
    镁是工程应用中最轻的金属结构材料,其密度仅为1.8克/厘米 3,是钢的1/4,铝的2/3。由于镁合金质量轻、比强度和比刚度高、阻尼减震性好,还具有优良的切削加工性能,在航空、航天、汽车、轨道交通和电子工业中具有十分广阔的应用前景。虽然镁元素的发现时间同铝接近,相对于全世界年用铝量2700万吨的水平,镁的使用量还较小,因此发展镁产业还具有巨大的机会和潜力。在镁科学与技术研究方面,全世界包括西方发达国家对镁的研究和开发还十分有限,国内与发达国家的差距远远不如在铝和钢铁方面那么大 镁合金 镁合金的比重虽然比塑料重,但是,单位重量的强度和弹性率比塑料高,所以,在同样的强度零部件的情况下,镁合金的零部件能做得比塑料的薄而且轻。另外,由于镁合金的比强度也比铝合金和铁高,因此,在不减少零部件的强度下,可减轻铝或铁的零部件的重量。  镁合金相对比强度(强度与质量之比)最高。比刚度(刚度与质量之比)接近铝合金和钢,远高于工程塑料。  在弹性范围内,镁合金受到冲击载荷时,吸收的能量比铝合金件大一半,所以镁合金具有良好的抗震减噪性能。  镁合金熔点比铝合金熔点低,压铸成型性能好。镁合金铸件抗拉强度与铝合金铸件相当,一般可达250MPA,最高可达600多Mpa。屈服强度,延伸率与铝合金也相差不大。  镁合金还个有良好的耐腐蚀性能,电磁屏蔽性能,防辐射性能,可做到100%回收再利用。  镁合金件稳定性较高压铸件的铸造行加工尺寸精度高,可进行高精度机械加工。 镁合金具有良好的压铸成型性能,压铸件壁厚最小可达0.5mm。适应制造汽车各类压铸件。
    钪合金;钪合金(Scandium)事实上应该称为铝钪合金,是在铝合金中加入千分之一的钪而成,钪合金的结晶非常细,比7005铝合金还要小100倍,因此加工容易且不易产生龟裂;再者,钪合金的抗拉强度可达480mpa,比7005铝合金(340mpa)强50%,且可焊接。  但是,生产及加工成本高昂,目前仅用于高档竞赛车辆。

    碳纤维自行车车架材料优缺点:
    碳纤维自行车车架的特征是“轻、不弯曲、冲击吸收性好”,但是,充分发挥碳纤维的优异性  能,在技术上看起来不是那么容易,各碳纤维材料厂家之间的品质差异也较大。自行车厂家考虑到成本问题,不大可能使用高等级的碳纤维来制作自行车车架。  碳纤维是把碳纤维用树脂凝固成形的东西。非常轻,但它是具有方向性的材料(拉伸强 度强但剪切强度弱),因此采用把薄料层层重叠的方法来解决缺点,加工时需要进行复杂的应力计算。相对于钛合金材料,同时作为生产高档自行自行车车架的理想材料,目前在市场发展的趋中逐渐成为了制作高档自行车车架的主流,但客户对其材料的性能并不完全了解,我们在向客户介绍钛合金材料与碳纤维材料的对比方面,应突出碳纤维自行车车架的以下几点问题:  (1)碳纤维自行车车架如果外力作用在与纤维成一定角度的方向,其强度会大大下降,容易产生裂纹。
    (2)碳纤维自行车车架固化成型过程中所加入的树脂存在老化的问题,风吹日晒将会逐渐影响自行车车架的性能  (3)碳纤维自行车车架是以模具固化后一体成型,模具成本相当高,工厂无法满足为客户量身定制的服务。  
    (4)碳纤维成架成型后,如果断裂将无法再进行修复 。
    碳纤维不是金属,而是一种复合材料,利用碳纤丝编织成布,经过预浸树脂的过程成为预浸布,再将预浸布裁型然后叠层并入模式加热成型,可依需求制成各种形状的自行车车架。其特性是轻量、较具弹性(吸震佳)、骑乘感稳定、长途循迹持续感佳、舒适性高、工艺变化多,但表面硬度不佳,当施予之外力高于其破坏强度时,会造成断裂。再者,近年来由于碳纤纱需求大增,造成材料短缺,因此价格居高不下。碳纤维的拉伸强度强,但剪断强度弱,加工时需要进行复杂的应力计算(纵刚性、横刚性),根据计算把碳纤维片重叠成型。一般常提到的高模数(Hight Module,HM),指的是高抗拉伸强度的碳纤维材料。  目前碳纤维管材的成型方式有一体成型、3D编织射出以及所谓的管对管方式,未来趋势将朝整合一体成型搭配管对管的最适化设计发展。目前市场上已研发出奈米碳纤维技术,舍弃普遍运用于一般碳纤维的epoxy环氧基树脂,改用一种胶合碳纤维2织布的特殊奈米材,并号称可以使自行车车架冲击的性能足足比传统碳纤维材质提升40%!一般来说碳纤维较适合运用在要求风阻较小的计时赛车上。
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    擦汗
    2017-5-28 00:06
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    [LV.3]偶尔看看II

    发表于 2017-5-28 14:36:14 | 显示全部楼层
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