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自行車車架材料

車架的材質從最早的鉻鉬鋼發展到鋁合金,再到碳纖維等復合材料,其他還有鈧合金、鎂合金、鈦合金等。廠家在不斷開發新的材料配方,提高管件和結構的設計能力,創新加工工藝,就是為了讓車架更輕、更堅固、更舒適、更流線型、更美觀。密度是決定車架重量的關鍵因素之壹。密度越低,框架就越輕。鉻鉬鋼密度為7.9,鋁合金密度為2.6-2.9,鈦合金密度為4.5,鈦合金密度為4.3-5.1,碳纖維復合材料密度為1.6,鎂合金密度為1.7,說明鉻鉬鋼密度最高,碳纖維復合材料密度為0.7。但是框架除了重量,還要考慮抗拉強度和彈性系數,所以密度雖然低,但是強度不夠。目前,可用於制造自行車車架的材料主要有以下幾種:鋼、鋁合金、鈦合金、鎂合金、鈧合金、碳纖維等。壹般市面上出現的鏡架主要有鋼、鋁合金、鈦合金、碳纖維等。鈧合金和鎂合金是最近才出現的材料,比較少見。下面將介紹各種材料的特性:

鉻鉬鋼框架

在碳鋼中加入壹種或多種總元素制成的鋼是合金鋼,其中加入了鉬(Mo)和鉻(Cr),稱為鉬鉻合金鋼。鉬的作用:提高鋼的強度,防止回火脆性。鉻的作用:耐腐蝕、防銹、防止高溫氧化。

目前,鉬鉻合金鋼管拉拔的加工名稱是:

對接(壹次泵送)或二次泵送,兩種管壁厚度。

雙對接(二次泵送)或三維,三個壁厚。

三重對接,或四維,四個壁厚。

拔管的作用是使邊薄鋼管厚的拱橋形狀強度不變,重量更輕,更有金屬感。

90年代以前,自行車車架主要由鉻鉬鋼制成。具有良好的扭轉和拉伸性能,焊接時高溫不會影響材料,所以價格便宜。但是它很重,容易被氧化。近年來,新材料的出現克服了它的缺點,發揮了它的優點,鉻鉬鋼框架再次引起人們的關註。鋼是自行車上使用時間最長的車架材料。其主要優點包括長時間騎行時剛性好,管道有彈性(減震),管道的連接方式多,加工性好,易於焊接,無需熱處理,因此成本和價格相對較低。缺點是超重,保養不當容易生銹,管道不易成型,金屬疲勞。但是很多合金鋼在剛性、彈性系數、傳動性、穩定性方面都取得了不錯的成績,唯壹美中不足的還是重量大。鉻鉬鋼是最常見的鋼,強度高,容易拉管。鉬可以提高鋼的強度,防止脆性;鉻可以使鋼耐腐蝕,防銹,防止高溫氧化。

碳纖維框架

碳纖維是壹種強度高、重量輕的新型材料。嚴格來說是復合材料。它不是由單壹材料組成的。其他樹脂、玻璃纖維、鋁合金等。可以根據它們的特性混合或研磨。是目前最輕的框架材料。碳纖維管是由壹點點纖維線編織成碳纖維布,再將壹層層鐦管加工搭接而成。

碳纖維不是金屬,而是壹種復合材料。它由碳絲編織成布,然後通過樹脂浸漬的過程成為預浸料。然後將預浸料切割成型,再層壓成圖案加熱成型,可根據需要制作各種形狀的邊框。其特點是重量輕、柔韌(減震性好)、騎行感穩定、長途循跡連續性好、舒適性高、工藝變化多,但其表面硬度不好,外力高於其失效強度就會斷裂。而且近幾年碳纖維紗需求量大增,導致材料短缺,所以價格居高不下。它重量輕,能吸收地面的沖擊力,後坐力快,是理想的自行車車架材料。碳纖維的等級和噸位越高,彈性越高,價格也越貴。有幾種制造方法,如在模具上塗粘合劑、重疊碳纖維、熱處理、固化成型等。

鈦框架

鈦合金的特性類似於鋁合金和碳纖維的合成。既有類似碳纖維的彈性,又有類似鋁合金的輕盈剛性,不會因腐蝕而生銹,騎行感好。但缺點是材料成本貴,因為鈦的提煉加工工藝復雜,焊接工藝難度大,所以價格高,不能壹概而論,多用於小直徑鏡架。汽車車架壹般采用3AL、2.5V或6AL-4V的鈦合金。鈦的比重比鋼輕55%,不容易氧化。為了提高抗拉強度,還有摻鋁釩的鈦合金。

鈦在地球上的儲量是金屬中的第四位。鈦及其合金的強度只有美國合金鋼的壹半,重量和強度也只有美國合金鋼的壹半。加上其優越的耐腐蝕性能,鈦合金管材已成為軍事、航空、航天工業的必備材料。目前自行車用鈦合金管的普遍性不高。由於其冶煉成本高,焊接等加工工藝難度大,真空焊接復雜,難以得到廣泛應用。

鋁制框架

鋁是地球上最豐富的金屬。它的重量輕、耐腐蝕、強度適當,讓科學家預測未來可能會取代今天的鋼鐵。鋁和其他金屬合成鋁合金,其中銅最常見。銅在鋁合金中的使用類似於碳在鋼中的使用,但是用於耐腐蝕的鋁合金不能含有銅。本來鋁的特性就是極易被氧化。幸運的是,它由於空氣中的氧氣花形成了壹層非常精細的AI2 O3膜,可以保護內部不被氧化,所以耐腐蝕性高於銅和鐵。所謂陽極化處理,不僅能在鋁制品表面生成壹層淡淡的AI2 O3膜,而且美觀、防腐。另外鋁合金表面容易染色,可以生長壹層有色膜,得到想要的顏色。

鋁合金是目前市場上應用最廣泛的材料。它的優點是重量輕,在短時間內達到最佳的硬度和剛度,易於成型,不生銹。如果是輕的,可以把管子拉得極細,如果是強的,還可以用CNC模具切割,做出誇張的外觀和驚人的強度。缺點是幾乎沒有彈性,會積累金屬疲勞,而且由於其靈敏輕便,剛性高,容易傳遞地面振動,導致乘坐舒適性差。鋁管往往是大口徑的。為了緩解剛度過大的問題,具有強沖擊吸收能力的碳纖維目前正引起人們的關註。

碳鋼:

不含任何合金元素的鐵(Fe) -碳(C)合金是碳鋼,碳可以提高鋼中的強度。碳含量越高,強度越好,但當碳含量高於0.8%時,碳含量越高,鋼越脆。因此,車架和前叉的材料為中低碳鋼,強度適中,塑性好,易於加工,含碳量約為0.25% --

鎂合金:

鎂是壹種非常易燃的金屬。早期用於攝影的鎂光燈,即鎂粉燃燒產生的強光,鎂合金的重量和強度約為鋁合金的2/3。雖然輕,但是不容易加工,易碎。所以目前除了ROCK-SHOX減震器的前叉外殼,壹般車架很少使用鎂合金。

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