[转帖]简单谈谈车架材料

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导读:文章来源: 原文地址: 转自百度公路车吧 先说说最常见的铝合金吧。 铝合金是纯铝中加入了Mg、Zn、Si、Cu等其他金属的合金。铝本身具有质地柔软,延展性好,抗氧化等多种优点,加入了其他的金属制成的合金可以非常显著的提升铝合金的机械性能。 然后说一下标号吧 第一位数字:1系:纯铝 2系:主要是添加的铜 3系:主要是锰或锰镁 4系:主要是硅 5系:主要是镁 6系:主要是硅与镁 7系:主要是锌与镁 8系:自行车领域没有涉及,不过多说一句,部分铝箔和铝散热鳍是8系的。 第二位数字:代

文章来源:骑行之家

原文地址:http://www.qixing365.com/thread-48096-1-1.html


转自百度公路车吧


[转帖]简单谈谈车架材料


先说说最常见的铝合金吧。


铝合金是纯铝中加入了Mg、Zn、Si、Cu等其他金属的合金。铝本身具有质地柔软,延展性好,抗氧化等多种优点,加入了其他的金属制成的合金可以非常显著的提升铝合金的机械性能。

然后说一下标号吧

第一位数字:1系:纯铝 2系:主要是添加的铜 3系:主要是锰或锰镁 4系:主要是硅 5系:主要是镁 6系:主要是硅与镁 7系:主要是锌与镁 8系:自行车领域没有涉及,不过多说一句,部分铝箔和铝散热鳍是8系的。

第二位数字:代表的是合金成分的修正次数,0就是没有修正过的原合金,1就是修正过一次,2就是两次,当然我还没见过3及以上的。

第三位和第四位:代表的是其他成分合金的代号。


再说热处理,一般以车架这种结构合金为例,几乎都要做热处理,常见的热处理有T4、T5、T6等多种工艺。每种工艺处理之后的布氏硬度、机械强度、内应力等等也是有很多的不同。


铝合金自行车架最常用的材料主要是6系铝和7系铝的很少一部分,以6061和7005为主。6061与7005这两种合金的机械性能很接近,7005铝比6061铝在硬度上更高一点,所以可以抽制成更薄一点的管材,也可抽制db管。在保证强度的情况下,7005铝制成的车架比6061铝制成的车架可以做到更轻一点。但是同样,大截面的管径以及7系铝本身的材料性能,让整个车架的舒适性要比6061铝更差一点,不过无论是6061还是7005可以说车架本身都是死硬,都没有舒适性可言了……


扯点其他的铝合金材料吧。很多车子的补品是采用7075铝合金制成,比如说刹车夹器、牙盘、脚踏、刹车把手等等。可以说7075铝的硬度、机械强度都要比6061和7005铝更上一个台阶。只可惜的是7075铝很难焊接,即便是4000号的焊条,焊口的强度依旧是很大的问题,作为结构合金来说,7075是不行的。所以常见的7075铝合金做的部件,大部分都是CNC切割成型。还有2000号铝合金,国内能生产这种标号的铝合金生产企业较少,大部分是进口铝材,合金成分主要是铜,硬度很高,并且不用进行热处理,不过耐腐蚀性较差,有些车子的牙盘材质是2000系,比如2024铝。牙盘准备再单写一部分。


说白了,不要迷信什么 7005,6系列的 合金做的架子也可以很好 ,铝合金么 就这样,关键还是看加工处理技术和焊接水平 ,材料上没大差距,全是厂家的 噱头 。


说到铝合金车架,不得不提一下钪合金。钪合金车架就是在铝合金的材料基础上加入一点点的钪金属,然后使整个铝合金车架得到了一个质的提升。钪元素,属于典型的稀散亲石元素,已知的含钪的矿物多达800余种,单作为钪的独立矿物只有钪钇矿、水磷钪矿、硅钪矿和钛硅酸稀金矿等少数几种,矿源极少,在自然界中十分罕见。钪广泛分散于其他矿物,如铝土矿、钛铁矿、锆锰矿等等中。从组成复杂并且钪含量极低的原料中富集、分离、提纯过程十分复杂,产量很低。但是钪及其化合物价格不菲,金属钪的价格约为黄金的4-5倍。所以,即使是0.07%含量的钪合金车架,其金属材料成本依旧很高。不过说到轻量化上,抗合金可以在安全强度下,做到接近碳纤维的重量,甚至可以延展做到0.6mm的铝族合金极限壁厚,这一点上来说,其他的铝合金都完全无法匹敌,其物理性能可以说是多年被模仿,从未被超越(仅以铝族合金来说)。可以说,钪合金是铝合金中的王者一点也不为过。


再来稍稍谈一下钢架


众所周知,钢就是铁与碳的合金,铁的密度是7.9g/cm^3,相比较而言,铝的密度为2.7,钛大约有4.5左右,当然这个数据是粗略的数据,合金的密度受合金成分的影响。钢材属于人类比较早利用的金属之一,冶炼容易,机械性能优秀。根据杨氏弹性模量的数据,铬钼钢在200-207(GNm^-2),铝合金只有69-79,钛合金有80-130,碳纤维由于其材质特殊,弹性模量能在70-200之间不等。由此可见,钢材的弹性率是非常之高的。弹性率越高,也就意味着受力之后的弹性形变就会越小,范性形变不在此计算之中。


再多说一句,车架的强度和硬度是两个概念……不做更多的解释了。


钢架,最常见的就是铬钼钢。可以说,优秀的强度,不俗的硬度使得铬钼钢成为最悠久的自行车车架材料。在这100多年的历史长河中,无数的先人对钢材的改良做出了不可磨灭的贡献。


铬钼钢,可以说有着非常好的焊接性能,延展性,以至于理论上极限抽管能做到0.3mm的厚度,超薄的管壁使得车架整体总重下降了一个台阶。相对来讲,如果不是高端钢架,铬钼钢材质做的钢架还是有很好价格优势的。钢材的弹性使得骑公路去轧井盖成为了一种享受……焊接的容易程度即便是长途旅行架子摔坏了,随便找个电焊工都可以进行修补,焊接后不需要热处理是最大的便利。

不过钢材,毕竟是钢材,即便是雷诺853系列的铬钼钢,依旧会出现生锈的问题。不过有些车架在管子的内壁做过防锈处理,至于结果,我没有测试过,不过可以肯定的是,即便是雷诺853这种车架,一旦生锈,在生锈点也会造成应力的堆积,以至于出现金属疲劳造成车架的永久损坏。


说完铬钼钢,再来谈谈大名鼎鼎的雷诺953钢材。953是一种刚性超强的不锈钢,可以抽出0.3mm厚度的车管,所以,很重的钢也可以轻量。无论是953还是853还是其他的4130铬钼钢,在抽管方面都是比较有难度的,不过相对来说,953的钢抽管难度则更高一些,要不断的退火—塑形—再退火—再塑形,马氏体不锈钢的塑形差这是众所周知的。简单的说,弄一块953的不锈钢不是什么多贵的东西,把它拉管制成零点几毫米厚度的钢管,并且进行热处理、焊接,还要有很高的强度,那么这材料的制作成本绝对很高。

953钢材其实本身的特性已经与钢有了很大的区别,更多的是向钛合金性能靠拢,就连最基本的焊接也是与钛合金的焊接工艺接近。有幸得到过一根953的样品钢管,如纸一般的厚度,却有着6/4钛的1.8倍强度。


说完钢架,就要少少的说一点和钢材性能最为接近的钛。

很多人认为钛合金是神秘并且高贵的材料,其实不然。钛其实是地球上储量非常丰富的元素之一,只不过冶炼以及合金加工困难造成的成本上升。

根据莫氏硬度我们可以看到(上文中有列出),钛合金的莫氏硬度大约是钢的一般左右换言之同样管径和工艺的钢管和钛合金管,在受到相同外力的时候,钛合金的管变形要比钢的变形大一些,简单的说就是车架要软一点。当然钛合金的硬度普遍是铝合金的1.3-1.5倍不等,所以钛合金制成的管径普遍是介于铝合金和钢之间的。


再补充一句,这里说的是钛合金,纯钛什么都干不了,太软了。前文说的钪合金也是加入微量钪元素的铝合金……


钛合金和铝合金一样,一般的环境下几乎不会生锈,而且钛合金的重量强度比更高,也就意味着能制作出在保证强度的前提下,更轻量化的车架。同时,我认为钛架是钢架的一个延伸,钛合金的骑车感觉更偏向于钢而不是铝,简单的说就是让轧井盖成为一种享受而不是折磨,不过说归说,事实是还是铬钼钢的吸震性能更优异……当然,钛合金的疲劳上限是比铬钼钢还要高出3倍,不过这是在都是抽管很薄的前提下说的,如果使用稍微厚一点的铬钼钢的话,那么你就是骑到死你也骑不出来金属疲劳。


说完好的一方面,再说差的一方面。


钛架确实好,但是合金的冶炼以及后期的机械加工就不那么的让人满意。以常见的两种标号的钛管为例,3/2.5钛合金可以说是最典型的钛管之一,3%的铝以及2.5%的钒让3/2.5钛管制成的车架有着非常接近铬钼钢的弹性,但是硬度要稍逊一筹,大管径以及抽管工艺可以轻松的让整个车架减重。但是这个车架的显著缺点就是实在是有些软,以至于在比赛过程中进行突然发力的时候,敏感的人甚至能够感觉得到车身在扭曲,我骑铬钼钢车架的时候大力摇车也有这样的感觉,不过这种感觉的频率个人认为3/2.5钛要比铬钼钢稍稍多那么一点。


而另一种钛合金6/4钛,则是硬的多,并且冷却成型之后,有着非常差的机械塑性,以至于无法抽拉制成管,所以这种6/4钛的加工工艺通常都是CNC切削,也就意味着6/4钛大部分只能用在不是管材的地方,比如说螺丝、把手、刹车夹器等非结构合金部件。不过Litespeed是个传奇,管材确实是用的6/4钛,具体工艺我是不了解了,那是人家保密的东西。


另一个制约钛合金发展的因素是焊接困难。钛是一种很活泼的金属,而且材料的性能对于杂质十分敏感,另外钛的饱和晶体结构对温度也十分的敏感,温度稍稍高上去一点,整个结构就会发生改变,这个变化在电镜下是可以看到的,属于化学变化而非物理变化。焊接工艺通常是氩弧焊,焊条则用钨丝这种不可熔材料。这些都是有形的增加了制造成本。


最后一点也是很关键的一点,钛很活泼,所以钛和其他金属接触的时候,就会产生电化学效应,最后的结果就是融在了一起,并且腐蚀钛或者更活泼的金属。如果是两块钛在一起呢,就如同钛架上的钛座杆一样,紧密的结合一段时间就会紧紧的抱在一起,永不分离……不过有个什么油脂膏我忘了,能够有效的阻止这些情况。


以上我所说的钛合金架子的性能,非航轮钛架所能比,国产的钛架恐怕连最基本的抽管都做不好,至于骑行感,最多的只是软软的、滑滑的感觉以及骑在大街上那种回头率超高的装13感……

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