認識自行車材料
自行車的材料有已往使用的鉻鉬鋼以外、還有鋁、鈦、碳纖、鎂等不斷出現新材料。出現了不少用這些新材料制成的車架。關於金屬合金材料的書很多，但是不是專門介紹自行車的材料，在此簡單介紹自行車的材料，供車友們參考。
鉻鉬鋼 （Fe-Cr-Mo)
在自行車的100年歷史當中，鐵素材是剛性與重量方面都均衡的理想素材。鐵制車架的最大特徵是可在各種成份，各種粗細厚薄的鐵管中，任意選擇所需要的鐵管進行加快。因此可以選擇最適合於的尺寸、剛性、騎感的車架，這對於數毫米的差異也敏感的老車手來說是很有好處的。它的最大的缺點是比起其他的素材重(過去)。但是最近的鐵素材車架經過熱處理，把薄的管道做成粗的管來使用，其重量不會輸給輕的合金。
鉻鉬鋼是鉻、鉬的合金。它的性能如下：
○淬火性好。
○對回火處理的抵抗性大。
○回火脆性傾向少。
○高溫加工性好，加工後美觀。
○熔接性好。
●鉻鉬鋼車架的優點
(1).加工性好
鉻鉬鋼的車架是歷史最久的車架，因此對它的研究時間也最長。現在能做到車架所需強度的極薄的管道。
(2).沖擊的吸收性能好
騎感極好，如「像彈簧般的騎感」。構成車架的鉻鉬鋼管道有優異的吸收沖擊的性能。
(3).焊接容易
鉻鉬鋼比起鈦、鋁焊接容易。可以設計成名種形狀。另外，焊接後也不需要熱處理，因此不需要大型的熱處理設備，成本低。
(4).價格便宜
雖然有些高擋次的鉻鉬鋼車架價格貴，但壹般價格便宜。也可以說，用便宜的價格買到高擋次的車架。
●鉻鉬鋼車架的缺點
(1).容易生銹
車架用的鉻鉬鋼含有鉻，但是添加量少(不銹鋼含有12%的鉻)的鐵系合金。若沒有施有表面處理的話，有傷口時容易生銹。但是壹般都有進行防銹加工。自行車的場合，管道的肉壓薄，生銹後的影響將會非常大。生銹→肉壓減少→強度下降(應力集中)。
(2).金屬的疲勞顯著(應力集中引起的金屬疲勞)
若使用肉薄的鉻鉬鋼車架時需要註意！當然金屬疲勞這個現象任何金屬都會產生包括鋁等在內。金屬疲勞現象簡單地說：金屬雖然具有防止塑性變形的小小的力量，但是反復施加應力時，金屬可能被破壞(被稱為微細的應力集中)。飛機出事時，有時候也是某部分的金屬疲勞引起。對自行車來說，由於金屬疲勞的原故，可能出現強度不能保持。例如，進行DH時產生的沖擊縮短了自行車的壽命。若感覺到踩踏時不那麽順利前進時很有可能是金屬已發生疲勞。
焊接部位，如從管道側(母體)到溶融的部位(溶接部)，結晶的特性都會顯著變化。為使這些組織均壹化，本來應該再次結晶化(詳細內容後述)。但是車架加工廠不壹定有這種大型爐，另壹方面，這種加工使已經冷卻過的再次硬化，使得變增強的管道的強度降低。
由於存在上述原因，焊接時采用各種方法來加工。如利用低溫焊接等方法制造車架。不管是任何優秀的焊接，，焊接部位(1000°C以上)和另管道側(室溫)之間的溫度差，冷卻時收縮而發生殘留應力。該部位受到應力集中時，可能會產生裂縫。結果自行車騎的時間長時可能會引起金屬疲勞，微觀的硬化加工也使沖擊的吸收性也變得差。
鋁合金 （Al-Mg-Si,Al-Zn-Mg-(Cu)）
很久以前就有用鋁合金制作的車架。輕而價格低是它的優點。但是從「輕」來說，當前與鐵素材比較相差並不大。老車手對它的反應是「雖輕但易彎曲 」。雖然經過多次改進，但是始終克服不了楊氏彈性模量低的缺點。最近的鋁合金車架，為了提高楊氏彈性模量，加大管道外徑，使用扁平管，或者對鋁管進行熱處理等，制造出輕而有剛性的車架，這種最新的鋁合金車架對車手來說，具有足夠的輕量與剛性。
鋁合金是純鋁中加入Mg，Zn，Si，Cu等金屬的合金。鋁本身具有輕量、可塑性好、耐腐蝕等優點，加入其他金屬後顯著提高了機械性能。自行車所使用的鋁合金多數為6000系（Al-Mg-Si）和7000系（Al-Zn-Mg-Cu)兩種，經過熱處理(鋁耐高溫，在高溫下能改變性質)可以制成名種各樣的材料。
6000系被認為是耐腐蝕、強度好、焊接性也好的材料。下表表示使用最多的6061合金的機械強度。
7000系是鋁合金中最強的材料。尤其是7075是特超硬鋁(制造飛機的材料)，但是它的焊接難度大，耐腐蝕性差(會發白)等。下表表示使用最多的7005和7075合金的機械特性。表中的有關熱處理以如下數字來表示：
-0：完全退火
-T5：人工時效(無溶體化處理)
-T6：溶體化處理後人工時效
-T7：溶體化處理後穩定化處理
-T8：溶體化、硬化加工、人工時效
●鋁合金車架的優點
(1).可以制作重量輕的車架
鋁的比重輕但不夠硬，為了增強強度把它制成合金並施予熱處理。熱處理采用時效析出增強法，簡單地說，在金屬內形成壹種妨礙金屬變形的物質。在某種高溫下進行熱處理時，會引起時效析出，若沒有經過這個程式的車架，也會引起常溫時效。就是說把車架放置在房間內也會逐漸變強。
許多鋁合金制車架用6061T6材料來制造。T6標誌表示經過熱處理、時效。若沒有熱處理的話強度只能達到1/2，或者1/5的程度。
有7075標誌的自行車零件(如XTR曲柄等)，嚴格來講沒有經過熱處理。也就是說因沒有時效，因此是常溫時效。7075合金本來就必要進行熱處理，通過熱處理其強度可以增加5倍。
另外，7005合金也常用來制造車架，它的強度比不上7075，但是它在常溫下也能夠進行足夠的時效的材料。這種材料也可用Padded加工制成薄料。但是材料本身的強度及楊氏彈性模量低，因此加粗管道直徑來提高剛性。通常被稱作鋁制粗管道的是這種類型。
(2)長時間使用外觀不怎麽變化
鋁本身是很容易受腐蝕的金屬，在空氣中幾乎不存在沒有被氧化的鋁，放置在空氣中馬上被氧化而形成很薄的氧化膜。為什麽不生銹呢？原因是該氧化膜達到壹定的程度時防止繼續生銹。該氧化膜幾乎是無色因此外觀上不容易發現變化(有時會發白)。
另壹方面，騎這種材料制造的自行車時，騎的次數越多，應力發生的次數也高，強度也顯著引起變化。近來為了謀求輕量，許多車架使用薄料來制作(薄的程度已達到極限)。這些都是使用沒有疲勞極限的鋁合金來制作車架，到底長時間使用後強度變化將是如何呢！Dedacciai公司制作的SC61-10A等是表面施有噴丸硬化加工(KET處理)的管道，這種加工的目的是延長疲勞的壽命。根據公開的資料，能提高140%。，KET處理是：疲勞破壞是在金屬表面上所發生的裂縫為起因，因此用硬化加工技術來提高金屬表面的硬度。
●鋁合金車架的缺點
1).鋁是彈性率及剛性低的材料。因此采用粗的管道，或者改變形狀如cross-over管、padded管等。
(2).需要進行熱處理
必需進行熱處理，否則強度不夠。因此壹般的規模不大的工廠無能力購買熱處理設備。尤其是6000系的鋁合金管，多數情況是管道廠家指定熱處理條件。
鈦、鈦合金（Ti,Ti-Al-V)
美國在60年代首次使用鈦合金來制作自行車車架。鈦合金給人的印象是「輕而硬」。早期的鈦合金車架，作為比賽用車，剛性不足，其車架不適合於長距離賽車，也不是適用於所有的比賽，只適合用在山嶽，或者Big reces, Time traial等需要輕型車的特定的場合。開始時鈦合金使壹些人著迷，曾經有些熱中於輕量化的騎手，把所有的螺絲都換成鈦合金制的才滿意。鈦金屬給壹些人錯覺，貴而稀有，實際上鈦是地球上埋藏量豐富的元素之壹。只是由於合金的制作成本高，價格才較貴。
金屬鈦比重輕、強度大，同時耐腐蝕性高的材料，壹般用在特殊的環境裏。在金屬鈦裏添加鋁、釩(Li.V)時強度顯著提高，熱處理也和鋁合金壹樣通過時效處理可以提高強度。
●鈦合金車架的優點
(1).可以制作輕量而強度大的車架
純鈦金屬的強度更高。在鈦金屬中添加鋁和釩，彈性更高(和鋁比較)，也有利於設計。
(2).不生銹：
鈦在壹般的環境下幾乎不會被腐蝕。但是它有另壹種腐蝕現象即異種金屬腐蝕。例如，不同種類的合金接合在壹起時，成為電極狀態，電位差使局部通電引起腐蝕。對此現象采取的措施是用脂膏等來絕緣(混有金屬粉末的脂膏，如商品名：Ti Plepu等)。這種金屬粉末防止脂膏流失，即使流失後也用來防止緊密接觸。這種金屬粉末有導電性也不要緊，接觸後被較小的荷重破壞掉。這種現象稱為「粘住」，它和「烘焙」是不同的。
「粘住、咬合」：金屬之間通過腐蝕來接合的現象。
「烘焙接合」：加工金屬時所產生的熱量來溶融接合。
(3).騎感好
鈦也用在避震器的彈簧上。現在用鈦制成的車架適合於長時間的騎行。有些車手酷愛鈦制車架，認為騎感極佳。但是個人各異，有人和鉻鉬鋼比較後認為，鉻鉬鋼的車架沖擊吸收性比鈦車架好，騎感也比鈦車架好(這和鉻鉬鋼車架的形狀以及用薄的管的結果應力得到增大也有關)。假若鈦管的加工技術得到進壹步改進，也許會有和鉻鉬鋼同樣的騎感。
有些鈦制車架使人感到搖擺，這也許是使用plane管(沒有加padded的，厚薄不能變化的管)有關。或者雖使用高強度的鈦合金，但沒有用薄的管等也有關系。
●鈦合金車架的缺點
價格高。鈦在自然界以二氧化鈦的形態存在，提練及加工過程復雜，技術要求高，並花時間因此成本高。再有溶接加工極為困難，因為鈦和氧的親和力極強，和空氣接觸後馬上變成二氧化鈦，而二氧化鈦硬而脆，該部分的強度會不斷下降。因此用惰性氣體小心焊接。通常所說的Tig焊接是：(Tig：鎢、惰性氣體的略語)用鎢電極及氬氣體進行弧焊接。鈦的焊接必需隔絕空氣下進行。由於以上原因鈦車架價格很貴。
近來有些鋁合金車架比鈦合金車架價格貴，這說明鈦合金車架的價格下降了。其因是冷戰結束後軍費縮小，鈦的用量少了；優秀的技術員開始用鈦來制作車架；制作鈦車架的成本降低等原因。
碳纖維 （CERP)
碳纖維車架的特徵是「輕、不彎曲、沖擊吸收性好」，但是，充分發揮碳纖維的優異性能，在技術上看起來不是那麽容易，各碳纖維材料廠家之間的品質差異也較大。自行車廠家考慮到成本問題，不大可能使用高等級的碳纖維來制作車架。雖然存在上述的現實問題，但是碳纖維車架還是具有其他素材所沒有的優點，可以制造8、9kg左右的輕量自行車，這種碳纖維輕量自行車，登坡時最能體現其優點，登坡順利而爽快。而不會像壹些輕的鋁合金車架，登坡時感到有壹種向後拉的力量。
碳纖維是把碳纖維用樹脂凝固成形的東西。非常輕，但它是具有方向性的材料(拉伸強但容易斷)，因此采用把薄料層層重疊的方法來解決缺點。
●碳纖維車架的優點
(1).可以制作重量輕的車架
碳纖維車架是把碳纖維對著發生應力的方向層層疊而得到強度。碳纖維車架非常輕，這是它的密度和強的拉伸強度構成的。
捷安特的碳纖維車架非常輕，2000年的型號1.2kg重
(2).沖擊吸收性好
碳纖維用來制作殘疾者運動時用的假腿，或者特殊的彈簧等被用在各領域。利用它的吸收沖擊力優異的性能，制作不用避震器的自行車。如SCOTT廠的ELEVATED車架是著名的。但是各個廠家之間的品質差異較大，有的很硬，因此這種車架乘騎後才能知道好或者不好。
(3).可以制造各種形狀的車架
碳纖維的基本成型方法是，在模具上鋪上纖維片然後流入樹脂並燒固。可以制成各種形狀的車架。如TREK的Y車架是著名的。
●碳纖維車架的缺點
(1).復雜的應力計算
構成碳纖維車架的是碳纖維，它的特點是拉伸強度強，但剪斷強度弱，加工時需要進行復雜的應力計算(縱剛性、橫剛性)，根據計算把碳纖維片重疊成型。加工技術各廠家各異，應選擇有經驗而可靠廠家的制品是很重要的。
(2).難於更改尺寸
由於作好模具後成型，難於更改尺寸。無法相應多尺寸多款式的訂單。
(3).老化？
使用樹脂因此會不會老化？這是壹個存在的課題，它放置在陽光下時會逐漸變白。當然這種現象關系到廠家的技術。最好不要放置在陽光下。
鎂合金
鎂的比重很輕(1.74)，約鐵的1/5，鈦的2/5，鋁的2/3。它是不容易腐蝕的活性金屬。它廣泛用在各種領域裏，如照相器及電腦的外框、車輛的車圈等配件。通過合金化耐腐蝕性也得到進壹步提高。
●鎂合金車架的優點
(1).可以制造重量輕的車架
它比鋁密度低，可以制造輕的車架。楊氏彈性模量稍微低些，但是可以用加粗管直徑及橢園化等方法來解決。使用鋁合金的目的僅僅是為了減輕重量，將來可能會被鎂合金取代鈦和鎂的研究課題稍不同，這兩種金屬今後仍然會活躍下去。
(2).加工性好
鎂制車架加工不會差。切粉的燃燒、爆炸等能夠通過合金元素來回避的話，剪斷、溶接性可能不會差。和鈦比較起來加工性好。
●鎂合金車架的缺點
(1).耐腐蝕性如何？
生產鎂車架的廠商都說耐腐蝕性好。但是這方面的資料當前還很少，耐腐蝕性好到何種程度難於判斷。鎂是劇烈氧化的金屬，不小心操作錯了很容易爆炸，純鎂壹般不能使用，添加其他金屬(鋁、鋅、錳等)制成合金來使用，制成的鎂合金強度、機械性能都得到提高。有些人曾經使用過鎂合金制用具，如摩托車的曲柄套等、他們說：「雖然用了很久，但是很好，不會象鋁般發白。
(2).鎂的楊氏彈性模量(決定剛性的因素)比鋁低許多，要增加其剛性管的直徑要大，這可能會影響對空氣的阻抗？。
(3).成本如何？
鎂已經用在筆記本電腦的框體上，用它來制作車架成本將是如何？現在尚未知。
材料和環境
鉻鉬鋼和環境的關系
塗漆加工粗糙以及沒有防銹加工的車架，鉻鉬鋼管表面和塗漆之間開始腐蝕，塗漆部分彭脹起來，或者局部受到腐蝕。若發現自行車受傷，建議把受傷部位擦乾凈並用錘刀搞平傷口，防銹加工後塗漆。總之傷口是腐蝕的最大原因。
另外，發生應力多的部位也容易生銹，如焊接周圍，彎曲部位等。廉價的自行車，焊接後沒有熱處理(消除應力退火)就出貨，這種自行車若發生生銹，局部或整體不斷地腐蝕下去。
鋁和環境的關系
鋁從外觀上看起來是相當耐腐蝕的材料。尤其是經過鋁表面鈍化處理的強度更大。這種處理是除了美化表面外，在鋁的表面形成的多孔質地Υ-A1203(氧化鋁)，用滾水或蒸氣處理，封住其孔(如禧碼諾XT.XTR)。氧化鋁非常耐腐蝕，不被壹般的酸溶解(如鹽酸、硝酸等)，只能溶在氟酸等強酸。它也使用在研磨劑裏，不可見它的耐腐蝕性極強。
碳纖維和環境的關系
碳纖維含有樹脂因此也可以說耐酸。但是對碳纖維來說應多考慮內在因素，它用樹脂因此樹脂老化的可能性是存在的。碳纖維制自行車不使用時應該避開陽光，日光和環境的溫度對它的影響最大。
鈦和環境的關系
耐腐蝕性極佳(被使用在和原子能有關的部門)，不怕雨水、不怕受傷、沾上水滴也不用抹乾凈。用這種材料制作自行車實在浪費但是鈦也有缺點如前述(異種金屬腐蝕)，如鋁制配件和鈦制配件接合在壹起時逐漸被腐蝕掉。
除了鈦之外，其他金屬之間也會發生異種金屬腐蝕，尤其是坐管部位，例如，把鋁制坐管和鉻鉬鋼車架接合在壹起而不管它時，接觸面變成褐色，甚至於無法把它們解脫下來。
金屬的疲勞度
自行車和疲勞
制作自行車車架的材料有鉻鉬鋼、鋁、鈦、碳纖等。其中用最薄的管來制作的是鉻鉬鋼車架。它的加工性好，材料便宜，騎感好，但它必需制成薄壁管，這種薄壁的管會有較高的拉伸強度和加工性。
鉻鉬鋼的強度較容易逐漸減弱，也就是較容易疲勞的現象表現在如下。
(1).同樣的沖擊力加在各種材料上，鉻鉬鋼薄管所發生的應力最大(容易發生疲勞而引起的破壞)。
(2).對鉻鉬鋼的研究的歷史較長，最大限制地利用它的特性制成極薄壁的管，應力雖然發生的各個局部部位，但是對整個管來說會發生較高的應力。
(3).由生銹引起的全面腐蝕將會引起管壁的變化，結果這個現象又提高了應力，引起疲勞破壞。
(4).應力集中在局部而生銹、或者外傷引起的凹處，從該處引起疲勞破壞。
(5).參加比賽時產生的沖擊，使車架發生較高的應力，使用的次數越多，疲勞破壞也逐漸增多。
以上主要是針對鉻鉬鋼，但是近來鋁合金制的車架發展迅速，有許多用薄壁的鋁管制作的車架，它們是否上述的鉻鉬鋼制車架壹樣，發生疲勞破壞呢？尤其是鋁沒有耐疲勞限度，很小的應力也必定會產生破壞。其應力越大破壞所需時間越短。現在所出售的極薄壁管的鋁制車架，廠家都未明確註明其壽命。