认识自行车材料

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文章来源:骑行之家

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屈服强度、拉伸强度屈服强度:是弹性变形的极限,也叫屈服点。增加应力到一定程度时成为塑性变形,也就是变弯了。拉伸强度:指的是增加应力到一定程度时不单是成为塑性变形,还被拉断。 自行车材料的拉伸强度用在自行车上的材料拉伸强度((MPa,N/mm^2)SCM415 (铬钼钢)834以上6061 (6000系铝合金)无热处理的场合 100以上有热处理的场合(T6) 246以上7005 (7000系铝合金)有热处理的场合(T6) 345以上7075 (特超硬铝,飞机合金)无热处理的场合 230以上有热处理的场合(T6) 597以上CPTi (纯钛)有热处理的场合(T6) 597以上用的较多的纯钛为如下:PTT800 800Grade4 588~753UTT75 7533-2.5Ti (3%Al-2.5V Ti合金)685以上6-4Ti (6%Al-4V Ti合金)有热处理的场合 (时效)1160无热处理的场合 980密度密度密度是单位体积的重量。密度是决定车架的重量时重要因素之一。设计轻的车架时不可勿视的数据。但是密度小不等于车架轻。用在自行车上的材料 密度(g/cm^3) 铬钼钢(低合金钢) 7.9 铝合金 2.6-2.9 钛 4.5 钛合金 4.3-5.1 碳纤 (CFRP) 1.5-1.6 镁合金 1.7 从上表可知铬钼钢密度最高,镁合金最低。密度低的话,可以制作轻车架,假若这样认为的话只讲对了一半。还要老虑拉伸强度、弹性率等因素。虽然密度低,但是强度不够的话也不行,密度低1/3不等于重量也轻1/3。增强材料增强材料重排:所指的是在金属结晶中会产生的移动现象(原子间存在间隙,使结晶移来移去)。发生重排现象时金属会变形。强化材料也就是想办法制造出不要发生重排现象的结构。在此介绍4种强化材料的方法。固溶体强化、析出强化、通过硬化加工来增强、结晶体的微细化来增强。固溶体强化在铁等母体材料中熔入铬、钼等,使母体材料变成不同半径的结晶构造。此时的原子称为固溶体。在此举个例来说明这种现象。比母体的原子半径小的原子进来时发生的现象。「在电梯里已有9位大汉子已相当拥齐,此时进来了小孩,为了防止小孩被挤坏,汉子们开始靠向四周」。比母体的原子半径大的原子进来时「在电梯里已有9位大汉子已相当拥齐,其中有一个人下了电梯,但是又进来了肥胖的大娘,此时汉子们又开始靠向四周」。如上述现象在结晶体四周发生了应力,使得重排现象变小了。利用这个方法的是铬钼钢。析出强化当前,自行车材料中的铝合金制品普遍受到欢迎。增强铝的方法将在铝项目中记述,在此只讲强化的原理。固溶在金属中的添加物,会产生饱和状态(不完全溶解),添加的量超过饱和状态时,因未能完全溶解而析出。具体地说,提高温度时饱和量也增加,完全溶解的瞬间开始慢慢冷却时,能析出大的结晶。用食盐来做实验会看到这个现象,食盐的场合,急速冷却时析出细小的盐结晶,但是金属一般不会析出,若冷却速度快时,不会析出而强迫使它固溶。对处于此状态下的金属,逐渐提高它的温度时慢慢析出。在此需要注意的是过于析出不可,析出不够也不行,温度过高、过低也不可以,该温度叫作热处理温度(也 称作人工时效处理)。最理想的是析出的结晶细而均一,从而阻止重排,材料不容易变形。举个例子:「走在森林里,若大树较多时容易走路(大的析出物),密密 麻麻小树多的话不容易走(细小的析出物)」,和这个道理一样细小的析出物较难重排。硬度加工来增强的方法对材料进行加工就产生重排现象,也就产生材料的变形。各种材料的重排现象是极为复杂,不在此记述,简单地说:重排后不是整齐地排队,而复杂地啮在一起的 话,材料的变形就困难了。如马路上走路时,走路的人不断增加(重排的增殖),就难于前进(重排移动变得困难,从而不容易变形)。利用此方法的有管道拉拔和 喷丸硬化(SHOT PEENING)。结晶体的微细化来增强结晶在高温下完全溶解后,急冷时得到微细的组织。这个过程叫作淬火。结晶变微细后,重排移动的连续性就难于保持,结果材料得到了增强。(比方:人能活动的范围变小了)。铬钼钢(Fe-Cr-Mo)铬钼钢(Fe-Cr-Mo)在自行车的100年历史当中,铁素材是刚性与重量方面都均衡的理想素材。铁制车架的最大特征是可在各种成份,各种粗细厚薄 的铁管中,任意选择所需要的铁管进行加快。因此可以选择最适合于的尺寸、刚性、骑感的车架,这对于数毫米的差异也敏感的老车手来说是很有好处的。它的最大 的缺点是比起其它的素材重(过去)。但是最近的铁素材车架经过热处理,把薄的管道做成粗的管来使用,其重量不会输给轻的合金。铬钼钢是铬、钼的合金。它的性能如下:○淬火性好。○对回火处理的抵抗性大。○回火脆性倾向少。○高温加工性好,加工后美观。○熔接性好。(右图)BRIDGESTONE ANCHOR的铬钼钢车架,该公司的宣传用语是与铝合金制一样轻,价格约(左)6,700多元,(右)5,000多元。●铬钼钢车架的优点(1).加工性好铬钼钢的车架是历史最久的车架,因此对它的研究时间也最长。现在能做到车架所需强度的极薄的管道。(2).冲击的吸收性能好骑感极好,如「像弹簧般的骑感」。构成车架的铬钼钢管道有优异的吸收冲击的性能。(3).焊接容易铬钼钢比起钛、铝焊接容易。可以设计成名种形状。另外,焊接后也不需要热处理,因此不需要大型的热处理设备,成本低。(4).价格便宜虽然有些高挡次的铬钼钢车架价格贵,但一般价格便宜。也可以说,用便宜的价格买到高挡次的车架。●铬钼钢车架的缺点(1).容易生锈车架用的铬钼钢含有铬,但是添加量少(不锈钢含有12%的铬)的铁系合金。若没有施有表面处理的话,有伤口时容易生锈。但是一般都有进行防锈加工。自行车的场合,管道的肉压薄,生锈后的影响将会非常大。生锈→肉压减少→强度下降(应力集中)。(2).金属的疲劳显著(应力集中引起的金属疲劳)若使用肉薄的铬钼钢车架时需要注意!当然金属疲劳这个现象任何金属都会产生包括铝等在内。金属疲劳现象简单地说:金属虽然具有防止塑性变形的小小的力量, 但是反复施加应力时,金属可能被破坏(被称为微细的应力集中)。飞机出事时,有时候也是某部分的金属疲劳引起。对自行车来说,由于金属疲劳的原故,可能出 现强度不能保持。例如,进行DH时产生的冲击缩短了自行车的寿命。若感觉到踩踏时不那么顺利前进时很有可能是金属已发生疲劳。焊接部位,如从管道侧(母体)到溶融的部位(溶接部),结晶的特性都会显著变化。为使这些组织均一化,本来应该再次结晶化(详细内容后述)。但是车架加工厂不一定有这种大型炉,另一方面,这种加工使已经冷却过的再次硬化,使得变增强的管道的强度降低。由于存在上述原因,焊接时采用各种方法来加工。如利用低温焊接等方法制造车架。不管是任何优秀的焊接,,焊接部位(1000

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