自行车车架使用什么材料有什么讲究? | 目的地Destination

自行车车架使用什么材料有什么讲究?

有几天没答题了,今天来一发。
什么材料,有什么讲究。
常见的自行车车架材料有:铝合金、钢、碳纤维、钛合金。容我一样一样细禀。

铝合金。先科普一下铝合金的分类。
一系:1000系列铝合金代表 1050、1060 、1100系列。在所有系列中1000系列属于含铝量最多的一个系列。纯度可以达到99.00%以上。
二系:2000系列铝合金代表2024、2A16(LY16)、 2A02(LY6)。2000系列铝板的特点是硬度较高,其中以铜元素含量最高,大概在3-5%左右。2000系列铝棒属于航空铝材,在常规工业中不常应用。
三系:3000系列铝合金代表3003 、 3A21为主。我国3000系列铝板生产工艺较为优秀。3000系列铝棒是由锰元素为主要成分。含量在1.0-1.5之间,是一款防锈功能较好的系列。
四系:4000系列铝棒代表为4A01 4000系列的铝板属于含硅量较高的系列。通常硅含量在4.5-6.0%之间。属建筑用材料、机械零件锻造用材、焊接材料。
五系:5000系列铝合金代表5052、5005、5083、5A05系列。5000系列铝棒属于较常用的合金铝板系列,主要元素为镁,含镁量在3-5%之间。又可以称为铝镁合金。
六系:6000系列铝合金代表6061 主要含有镁和硅两种元素,故集中了4000系列和5000系列的优点6061是一种冷处理铝锻造产品,适用于对抗腐蚀性、氧化性要求高的应用。可使用性好,容易涂层,加工性好。
七系:7000系列铝合金代表7075 主要含有锌元素。也属于航空系列,是铝镁锌铜合金,是可热处理合金,属于超硬铝合金,有良好的耐磨性.也有良好的焊接性,但耐腐蚀性较差。
八系:8000系列铝合金较为常用的为8011 属于其他系列,大部分应用为铝箔,生产铝棒方面不太常用。
九系:9000系列铝合金是备用合金。

6061和7005两种铝合金已经是发展的很成熟的铝材。
6061主要掺杂1%镁和0.6%的硅,
7005主要掺杂4.5%锌和1.4%镁,
T6是热处理工艺,比如 6061-T6就是一只经过T6热处理的6061车架,因为经过热处理铝的强度会变大。
7005 T6 抗张度是 51000 PSI,(Pounds per square inch 磅/平方英寸)
6061 T6 抗张度是 45000 PSI,
7005 T6 伏降强度是 42000 PSI,
6061 T6 伏降强度是 40000 PSI,
这样一看7005铝比6061的铝强度要大,但是6061铝比7005铝的韧性要好。
T6是20小时回火处理的标称,还有10小时回火的T4热处理等。

6系铝材的特点是:中等强度,具有良好的塑性和优良的耐蚀性。特别是无应力腐蚀开裂倾向,其焊接性优良,耐蚀性及冷加工性好,是一种使用范围广、很有前途的合金。
7系铝合金是另外一种常用的合金,品种繁多。它包含有锌和镁。比较常见的铝合金中强度最好的就是7075合金,但是它无法进行焊接,而且它的抗腐蚀性相当差,多用于CNC切割,锌在这系列中是主要合金元素,加上少许镁合金可使材料能受热处理,以达到非常高的强度特性。
以上特征看出来,6系的铝材其实更适合做车架或者其他需要焊接的铝制品,而7系的铝材以7075为代表的则更适合做牙盘这类一体成型不需要焊接的单体大强度铝制品配件,比如牙盘盘片、把横、把立等。

(CNC一体成形的牙盘,给RACEFACE打个广告)

好的7005车架与一个制程最简易的差异价格可以达到数倍,而车架上的漆料,品牌商的附加价值还能让一个同制程的车架差异数倍,而7005也仅是比较常见的一类车架铝合金,更高端的还有很多种车架合金,而钪合金管则是铝架中堪称最高端的材料,因为个方面特性都更较其它铝族合金来得优秀。

但其实,一些大品牌的高端车架使用的铝合金都有自己独特的配方,而不是这些常规的铝合金。比如TREK大力宣传的α-铂铝合金,据说更轻、强度更高,但是鬼知道是神马玩意。再比如早年的捷安特ATX-860,使用了一种叫Cu92的材料制成的车架,据说实在铝中加了百分之零点九二的铜。

(TREK elite 8.8车架,α-铂铝合金)

其实市面上并没有7075铝材的车架,就是因为这种铝材无法进行焊接,车架上会出现的7系铝材编号目前只有7005,多是MOSSO这类车架工厂所使用,制作前叉或者车架。而捷安特等技术更加成熟的工厂还是普遍使用6000或者6011的铝材。
7005的铝材于7075的最大区别就是能否焊接,但是7系铝材的高强度特性还是不错的优点。然后是从重量与原材料成本上看:如果按照同样体积的实心铝材原料块来讲,6061与7005两种编号的铝材肯定会存在重量与价格的差异,但是考虑到一个车架大概仅使用了不到2000g的铝材原料,在这个比例下单单不同铝材会产生的成本或者重量差异并不明显。也不存在“7005的车架必定比6061的车架贵”的概念。

至于为什么捷安特的车架普遍使用6000或者6011铝材。这是因为他的加工工艺跟抽管技术都是国际上比较领先的。通过锻造技巧与抽管的精度,可以最大限度的发挥6系铝的可塑性优势,并且在提升强度的同时降低其重量。捷安特的XTC TEAM、ANTHEM X、TRANCE X等系列中高档车架就曾经都使用6000的铝材,并同样提供给骑乘者非常优秀的强度与性能。

综上,对车架的强度、重量、寿命等更能起决定性作用的,应该是铝材的生产和加工工艺。

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钢,是对含碳量质量百分比介于0.02%至2.06%之间的铁碳合金的统称。
钢架自行车多采用铬钼钢材料,加入铬和钼两种材料的合金钢。钼能够使钢的强度提高,防止回火 脆性。铬能够提高合金耐腐,抗锈,防止高温氧化的能力。
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。
90年代以前,自行车车架以铬钼钢制的为主流。它的扭曲性能及拉伸性能好,焊接时高温也不会影响素材,价格便宜。但重量重,容易被氧化。近年来出现克服了它的欠点,发挥优点的新素材,铬钼钢车架再次受到注目。
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。

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碳纤维,是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成,经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维“外柔内刚”,质量比金属铝轻,但强度却高于钢铁,并且具有耐腐蚀、高模量的特性,在国防军工和民用方面都是重要材料。它不仅具有碳材料的固有本征特性,又兼备纺织纤维的柔软可加工性,是新一代增强纤维。(来自百度百科)

车架优点
碳纤维车架的特征是:轻、钢性好、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车架。虽然存在上述的现实问题,但是碳纤维车架还是具有其他素材所没有的优点,可以制造8、9kg左右的轻量自行车,这种碳纤维轻量自行车,登坡时最能体现其优点,登坡顺利而爽快。
车架缺点
复杂的应力计算。构成碳纤维车架的是碳纤维,它的特点是拉伸强度强,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。加工技术各厂家各异,应选择有经验而可靠厂家的制品是很重要的。
老化。使用树脂因此会不会老化?这是一个存在的课题,它放置在阳光下时会逐渐变白。当然这种现象关系到厂家的技术。最好不要放置在阳光下。
价格高。

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钛合金,钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属,钛合金因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域。
钛合金的特性类似铝合金与碳纤维的综合,它有类似碳纤维的弹性,也有铝合金般的轻巧与刚性,且而腐蚀不生锈、骑乘感佳,但缺点是材料成本昂贵,因为钛的提炼与加工过程复杂、焊接技术难度高,因此价格居高不下而无法普遍化,多用于小管径的车架。一般车架多采用3AL、2.5V或6AL-4V的钛合金。 钛的比重比钢轻55%,不容易氧化。为了提高拉伸强度,有混合铝、钒等的钛合金。
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,焊接要在真空中进行等加工复杂,故价格偏高,难以广泛使用。

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扯了那么多,各位看官肯定要问了,那我该怎么选呢。看山地还是公路、看预算。碳纤维和钛合金完全是土豪专用,虽然说碳架中也有比较便宜的低端碳架。
盗一张图 @何宇豪

以上,望有所帮助。(转载请私信)
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不放皮卡丘就没赞么~~~

来源:知乎 www.zhihu.com
作者:越南

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