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运动自行车架用材的分析及详述----完美的车架是用什么做的

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发表于 2011-4-11 14:05:42 | 显示全部楼层 |阅读模式
钛合金是首选:7 ?$ o! b  o' s) n! k0 t: X
钛合金是广泛地运用于航空航天技术领域的高性能材料,其重量轻、强度高、韧性好、耐腐蚀是其最显著的特点。对于制作自行车架来说,在众多的金属材料中,钛合金是唯一同时具有高强度、低密度,极好的抗疲劳和耐腐蚀性能,以及较低的弹性模数的材料,因此它是十分理想地制作车架的材料。此外,钛合金也广泛地应用于医疗器械、化工设备、军工及运动器材等领域。由于加工工艺复杂,材料价格昂贵,这是造成产品价格较高的主要原因。; C% z# ]( v' ]: {* X
  钛合金和很多合金金属一样,也是由钛与一些有用的金属成份组成,以满足对材料性能的要求,但其主要成份中钛占到90%以上。在航空航天技术中广泛应用的是两种合金,既Ti6AL4V(6%铝,4%钒,90%钛)和Ti3AL2.5V(3%铝,2.5%钒,94.5%钛)。Ti3AL2.5V是用于制造高强度管材的专用材料Ti6AL4V则主要用于航空航天领域中机身的制造。* M6 i; i$ ^: Z6 T  |. R
  作为制作高档的自行车车架的材料应具有较高的强度和 硬度,钛合金将是一种极好的选择。不仅其重量仅为钢的50%,且强度重量比比铬钼钢高28.4%。钛合金同时具备很好的抗疲劳的性能,疲劳极限是钢的两倍,铝合金车架在使用较长时间以后在这方面也无法与钛合金车架相比。作为应用在自行车架上的高强度和低密度的钛合金材料,它不仅会让车架重量轻、强度高而且会让车架更经久耐用。
( R6 Q( v/ k9 d% p' D( k& P  钛合金具有极好的抗腐蚀性能,事实上,作为自行车架的使用,它的表面不需要涂漆保护,因为它不会象铁和铝车架那样生锈或腐蚀,并耐酸雨、紫外线、潮湿等的侵蚀,所以你不必担心其金属表面会因裸露在空气中形成凹陷、锈蚀。
/ {% A5 O# i& X4 ^
高强高韧β型钛合金。
- |, W; c. s. z0 J" ^$ M  E6 o  β型钛合金具有良好的冷热加工性能,易锻造,可轧制、焊接,可通过固溶-时效处理获得较高的机械性能、良好的环境抗力及强度与断裂韧性的很好配合。新型高强高韧β型钛合金最具代表性的有以下几种[26,30]:
& P7 _) K  [9 d" i" f5 h  Ti1023(Ti-10v-2Fe-#al),该合金与飞机结构件中常用的30CrMnSiA高强度结构钢性能相当,具有优异的锻造性能;
$ W- u* Y- H7 d  Ti153(Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn),该合金冷加工性能比工业纯钛还好,时效后的室温抗拉强度可达1000MPa以上;
: j4 L$ i0 O& ]. b3 `& Q  β21S(Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si),该合金是由美国钛金属公司Timet分部研制的一种新型抗氧化、超高强钛合金,具有良好的抗氧化性能,冷热加工性能优良,可制成厚度为0.064mm的箔材;8 r; m: M+ |4 X/ {
日本钢管公司(NKK)研制成功的SP-700(Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Fe)钛合金,该合金强度高,超塑性延伸率高达2000%,且超塑成形温度比Ti-6Al-4V低140℃,可取代Ti-6Al-4V合金用超塑成型-扩散连接(SPF/DB)技术制造各种航空航天构件;
/ w6 F9 X$ L1 b8 C  俄罗斯研制出的BT-22(TI-5v-5Mo-1Cr-5Al),其抗拉强度可达1105MPA以上。( [7 U# Q9 Q& l7 B5 o6 R

6 Q$ E1 f. A3 F2 K" q% ?; I8 N* \/ h6 _! K, q& t

7 ^) a& X( _+ @, e" y8 {% _

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 楼主| 发表于 2011-4-11 14:08:05 | 显示全部楼层
钪合金,钪和铝混和后,只要极小的百分比就可以获得强度的极大提升,使得铝的抗氧化能力直线上升,钪铝合金可以很容易的制造出1000克的公路车架和1200克的越野车架,但由于钪是地球上排位在前十的稀有金属,所以获得和成本都极高,现在全球只有两家车架厂可以生产钪合金车架,其中一家在台湾。2 _# Y& S1 M* J. ?

0 Q) z5 {6 y1 P9 J" j铍合金, w" e5 D# |0 E, D7 w4 I1 T
比重(1.84)与镁大致相同,远比铝、钛轻,而且在比重为 4以下的金属中,具有超群的耐热性。铍铝合金比金属铍便宜、加工性好,比铝合金重量轻、弹性好的性质,是一种理想的材料~

2 V# b) e! e9 H5 g ( ~& L, f. x3 v  l) C
镁铝合金(传说中的美女合金)
5 g2 z, [0 s/ j9 \, M! ]; Q% g用其压铸的零部件轻薄,具有表面光亮,质量轻,强度重量比高,尺寸稳定性,   吸震性好,散热快,及易加工等特点。
5 v1 j: o7 g  f% G+ m. z

9 r# I. S' g2 H4 |& h  I2 U# R0 \- q; H0 s7 Z) N

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 楼主| 发表于 2011-4-11 14:17:34 | 显示全部楼层
本帖最后由 机场人家 于 2011-4-11 14:19 编辑 & S/ y# t' Q* f3 z/ c) t. l5 M/ v

2 b  L+ `2 Z9 N; K' M$ \4 w铝合金
0 X1 L9 D7 L  S
以铝为基础的合金总称。主要合金元素有铜、硅、镁、锌、锰,次要合金元素有镍、铁、钛、铬、锂等。
9 L7 y( c% L- `' q! T铝合金密度低,但比强度高,接近或超过优质钢,塑性好,可加工成各种型材,具有优良的导电性、导热性和抗蚀性,工业上广泛使用,使用量仅次于钢。
! Z# t9 v# x3 N* F+ {铝合金分两大类:铸造铝合金,在铸态下使用;变形铝合金,能承受压力加工,力学性能高于铸态。可加工成各种形态、规格的铝合金材。主要用于制造航空器材、日常生活用品、建筑用门窗等。
, k9 I' Z# G. q9 ~铝合金按加工方法可以分为变形铝合金和铸造铝合金。变形铝合金又分为不可热处理强化型铝合金和可热处理强化型铝合金。不可热处理强化型不能通过热处理来提高机械性能,只能通过冷加工变形来实现强化,它主要包括高纯铝、工业高纯铝、工业纯铝以及防锈铝等。可热处理强化型铝合金可以通过淬火和时效等热处理手段来提高机械性能,它可分为硬铝、锻铝、超硬铝和特殊铝合金等。: t. ?. H( n, e5 i/ x- d& V
铝合金可以采用热处理获得良好的机械性能,物理性能和抗腐蚀性能。4 d" P- j' K# O/ w
铸造铝合金按化学成分可分为铝硅合金,铝铜合金,铝镁合金和铝锌合金。
7 M9 O$ a% j: C% }9 o3 m/ f' ?3 a- ^; D" {* v
不同牌号铝合金的典型用途
; s: ~* K+ X0 }7 i5 D1050 食品、化学和酿造工业用挤压盘管,各种软管,烟花粉
, }( b; e3 N6 t* Q; V3 l1060 要求抗蚀性与成形性均高的场合,但对强度要求不高,化工设备是其典型用途
/ t2 k" i5 X: M. m1100 用于加工需要有良好的成形性和高的抗蚀性但不要求有高强度的零件部件,例如化工产品、食品工业装置与贮存容器、薄板加工件、深拉或旋压凹形器皿、焊接零部件、热交换器、印刷板、铭牌、反光器具
- f2 i9 E% c' X/ c1145 包装及绝热铝箔,热交换器 ( W$ Q- p8 a+ i& |" c
1199 电解电容器箔,光学反光沉积膜 6 t# e* `5 y1 [
1350 电线、导电绞线、汇流排、变压器带材
; r0 y, N( Z; Q: e+ M9 J' H' v2011 螺钉及要求有良好切削性能的机械加工产品 / W! B4 \6 [: O) K) i. n
2014 应用于要求高强度与硬度(包括高温)的场合。飞机重型、锻件、厚板和挤压材料,车轮与结构元件,多级火箭第一级燃料槽与航天器零件,卡车构架与悬挂系统零件
( d+ n4 A# q; o# _  Z" F$ [9 i2017 是第一个获得工业应用的2XXX系合金,目前的应用范围较窄,主要为铆钉、通用机械零件、结构与运输工具结构件,螺旋桨与配件 ' c$ B! F$ J- R0 q2 [: r
2024 飞机结构、铆钉、导弹构件、卡车轮毂、螺旋桨元件及其他种种结构件
; S$ t1 j: U+ ^; f# _! s) F2036 汽车车身钣金件
0 {8 b( ~# Z6 K% k2048 航空航天器结构件与兵器结构零件
  W  E1 {; h$ M: G2124 航空航天器结构件 9 X8 J' u. T6 f5 _/ P( a. A) [
2218 飞机发动机和柴油发动机活塞,飞机发动机汽缸头,喷气发动机叶轮和压缩机环 / k. l9 F3 Z' m6 n+ b0 q. H+ _
2219 航天火箭焊接氧化剂槽,超音速飞机蒙皮与结构零件,工作温度为-270~300摄氏度。焊接性好,断裂韧性高,T8状态有很高的抗应力腐蚀开裂能力
9 z6 d: L6 P/ y# P2319 焊拉2219合金的焊条和填充焊料
+ @. [/ d! Z, q2618 模锻件与自由锻件。活塞和航空发动机零件 2 |2 e2 i& L# n+ f2 N
2A01 工作温度小于等于100摄氏度的结构铆钉 3 a7 G1 J8 H& s0 M3 \4 n3 K0 [- ]
2A02 工作温度200~300摄氏度的涡轮喷气发动机的轴向压气机叶片
2 L2 n/ k6 R8 {" D- I& Q7 S6 |2A06 工作温度150~250摄氏度的飞机结构及工作温度125~250摄氏度的航空器结构铆钉
8 q1 v1 v/ |5 h1 }% f: H+ e8 E2A10 强度比2A01合金的高,用于制造工作温度小于等于100摄氏度的航空器结构铆钉 # U/ o6 L5 Q( J4 Q! D
2A11 飞机的中等强度的结构件、螺旋桨叶片、交通运输工具与建筑结构件。航空器的中等强度的螺栓与铆钉
4 p7 b2 t- I% Y% C9 P2A12 航空器蒙皮、隔框、翼肋、翼梁、铆钉等,建筑与交通运输工具结构件
- d: v/ n! |4 i% f2A14 形状复杂的自由锻件与模锻件
1 P- P+ I" N( t1 q2A16 工作温度250~300摄氏度的航天航空器零件,在室温及高温下工作的焊接容器与气密座舱
! s+ X  s! t, y  I: H2A17 工作温度225~250摄氏底的航空器零件
0 e, Z' ~* H7 ?' P3 _+ s2A50 形状复杂的中等强度零件
& s2 J0 f! l& u) K0 F) z9 ?2A60 航空器发动机压气机轮、导风轮、风扇、叶轮等
9 i4 d0 k6 U. D* c2A70 飞机蒙皮,航空器发动机活塞、导风轮、轮盘等 3 e) ?* q9 N0 v) I, O
2A80 航空发动机压气机叶片、叶轮、活塞、涨圈及其他工作温度高的零件 3 H+ j# c# n9 V
2A90 航空发动机活塞 ! g( F6 G+ t& n' p
3003 用于加工需要有良好的成形性能、高的抗蚀性可焊性好的零件部件,或既要求有这些性能又需要有比1XXX系合金强度高的工作,如厨具、食物和化工产品处理与贮存装置,运输液体产品的槽、罐,以薄板加工的各种压力容器与管道
3 U; ]% _9 R) j0 @3004 全铝易拉罐罐身,要求有比3003合金更高强度的零部件,化工产品生产与贮存装置,薄板加工件,建筑加工件,建筑工具,各种灯具零部件 1 x  ?3 J5 V9 e- y$ N% Y" q
3105 房间隔断、档板、活动房板、檐槽和落水管,薄板成形加工件,瓶盖、瓶塞等 & k. f/ ^' u4 p# |
3A21 飞机油箱、油路导管、铆钉线材等;建筑材料与食品等工业装备等 , @" {- g3 i2 [1 C. L
5005 与3003合金相似,具有中等强度与良好的抗蚀性。用作导体、炊具、仪表板、壳与建筑装饰件。阳极氧化膜比3003合金上的氧化膜更加明亮,并与6063合金的色调协调一致 * y& g( @+ c; K7 L2 A! f
5050 薄板可作为致冷机与冰箱的内衬板,汽车气管、油管与农业灌溉管;也可加工厚板、管材、棒材、异形材和线材等 ! o. M4 a" h) I2 P6 o' H& S! V
5052 此合金有良好的成形加工性能、抗蚀性、可烛性、疲劳强度与中等的静态强度,用于制造飞机油箱、油管,以及交通车辆、船舶的钣金件,仪表、街灯支架与铆钉、五金制品等
& ?. `. ?1 M3 D2 ?5 G9 A+ I5056 镁合金与电缆护套铆钉、拉链、钉子等;包铝的线材广泛用于加工农业捕虫器罩,以及需要有高抗蚀性的其他场合 + A& H2 v% _( G/ I
5083 用于需要有高的抗蚀性、良好的可焊性和中等强度的场合,诸如舰艇、汽车和飞机板焊接件;需严格防火的压力容器、致冷装置、电视塔、钻探设备、交通运输设备、导弹元件、装甲等
  ^& C; n, v# Q+ Y5086 用于需要有高的抗蚀性、良好的可焊性和中等强度的场合,例如舰艇、汽车、飞机、低温设备、电视塔、钻井装置、运输设备、导弹零部件与甲板等 6 x! |0 |0 w6 F: U- V$ S" _6 h
5154 焊接结构、贮槽、压力容器、船舶结构与海上设施、运输槽罐 . t0 f9 }4 r9 Z- I5 ^% ]. L
5182 薄板用于加工易拉罐盖,汽车车身板、操纵盘、加强件、托架等零部件
$ Z/ l6 \9 F4 t* R. c5252 用于制造有较高强度的装饰件,如汽车等的装饰性零部件。在阳极氧化后具有光亮透明的氧化膜 " i5 J) i7 Z' Z7 K
5254 过氧化氢及其他化工产品容器
+ ]! s1 l- G! N" }" T. O' w5356 焊接镁含量大于3%的铝-镁合金焊条及焊丝 3 [; f# E& q- {' @
5454 焊接结构,压力容器,海洋设施管道
7 e& l* t% {1 O9 K/ v5456 装甲板、高强度焊接结构、贮槽、压力容器、船舶材料 ( [  v4 b2 f5 j9 R7 C% f$ t3 A
5457 经抛光与阳极氧化处理的汽车及其他装备的装饰件
. x, m# o. G4 [2 P7 Z: j- R5652 过氧化氢及其他化工产品贮存容器 ' X; k" [9 g3 e/ f$ U6 h7 }, T
5657 经抛光与阳极氧化处理的汽车及其他装备的装饰件,但在任何情况下必须确保材料具有细的晶粒组织 , U! F4 W7 t8 n# {, _" |3 g
5A02 飞机油箱与导管,焊丝,铆钉,船舶结构件 % K: C2 P9 P  ?3 e
5A03 中等强度焊接结构,冷冲压零件,焊接容器,焊丝,可用来代替5A02合金 # F. _2 I" v4 W1 I0 D0 {! Q& \/ w% r
5A05 焊接结构件,飞机蒙皮骨架 4 x# L! m( b. T) E. H$ L2 Y% |3 a
5A06 焊接结构,冷模锻零件,焊拉容器受力零件,飞机蒙皮骨部件
% d- O6 q6 o8 W, M9 U& s' W% U5A12 焊接结构件,防弹甲板 " I& j: s% k$ j8 `4 w2 x
6005 挤压型材与管材,用于要求强高大于6063合金的结构件,如梯子、电视天线等 3 g7 R! p* ~0 C3 D
6009 汽车车身板
/ `( A1 r, u: k$ x" Q6010 薄板:汽车车身
1 T4 w* b5 M0 P+ f! F2 i2 p6061 要求有一定强度、可焊性与抗蚀性高的各种工业结构性,如制造卡车、塔式建筑、船舶、电车、家具、机械零件、精密加工等用的管、棒、形材、板材
1 Z. e. m- ~/ O8 S5 n' a* r2 v5 O6063 建筑型材,灌溉管材以及供车辆、台架、家具、栏栅等用的挤压材料 ) K8 B1 }% w* f
6066 锻件及焊接结构挤压材料
4 B1 T; O& S+ n: ^6070 重载焊接结构与汽车工业用的挤压材料与管材 * @8 O) ]4 R" _/ T" Q% l* i
6101 公共汽车用高强度棒材、电导体与散热器材等
2 s" z6 x, N# T+ I4 c. O; N' h6151 用于模锻曲轴零件、机器零件与生产轧制环,供既要求有良好的可锻性能、高的强度,又要有良好抗蚀性之用
% l0 J% d; {% X" O1 d: w  g. U6201 高强度导电棒材与线材
9 D! e7 R  O; f+ U* j- ^6205 厚板、踏板与耐高冲击的挤压件
7 W+ M: r/ ]) b+ E) k) L6 e6262 要求抗蚀性优于2011和2017合金的有螺纹的高应力零件 5 }& Y! j, d" q7 l2 ^9 K: M9 k4 i; l" h
6351 车辆的挤压结构件,水、石油等的输送管道 ( g! w1 A7 L% ?3 E% c1 s( V, @
6463 建筑与各种器具型材,以及经阳极氧化处理后有明亮表面的汽车装饰件
& S, n4 C4 r) K7 U* f6A02 飞机发动机零件,形状复杂的锻件与模锻件
: n) i) }$ _  K7005 挤压材料,用于制造既要有高的强度又要有高的断裂韧性的焊接结构,如交通运输车辆的桁架、杆件、容器;大型热交换器,以及焊接后不能进行固熔处理的部件;还可用于制造体育器材如网球拍与垒球棒
& x: t% {* r3 [+ A7039 冷冻容器、低温器械与贮存箱,消防压力器材,军用器材、装甲板、导弹装置 ! S: w4 P& [  V3 l% _/ \' h7 S+ `
7049 用于锻造静态强度与7079-T6合金的相同而又要求有高的抗应力腐蚀开裂勇力的零件,如飞机与导弹零件——起落架液压缸和挤压件。零件的疲劳性能大致与7075-T6合金的相等,而韧性稍高
8 S/ t1 c" `7 M. Y7050 飞机结构件用中厚板、挤压件、自由锻件与模锻件。制造这类零件对合金的要求是:抗剥落腐蚀、应力腐蚀开裂能力、断裂韧性与抗疲劳性能都高
! M6 g3 H8 S7 P7072 空调器铝箔与特薄带材;2219、3003、3004、5050、5052、5154、6061、7075、7475、7178合金板材与管材的包覆层
  Y% n, p# k4 u; `6 f7075 用于制造飞机结构及期货 他要求强度高、抗腐蚀性能强的高应力结构件、模具制造 ) s& D8 s3 ?  i- m2 R- I6 V
7175 用于锻造航空器用的高强度结构性。T736材料有良好的综合性能,即强度、抗剥落腐蚀与抗应力腐蚀开裂性能、断裂韧性、疲劳强度都高
( P' w/ X+ u, h3 k3 {0 H5 r7178 供制造航空航天器的要求抗压屈服强度高的零部件
7 B. k0 J7 l% A, l* r. i7475 机身用的包铝的与未包铝的板材,机翼骨架、桁条等。其他既要有高的强度又要有高的断裂韧性的零部件
4 Y) F0 ?4 Y5 r  ~. q7A04 飞机蒙皮、螺钉、以及受力构件如大梁桁条、隔框、翼肋、起落架等 ! w" {$ Q* S( C: ?4 ~: \- B

; S, A" W8 N. T) t* F8 R* K$ h- L5 M, ?+ C6 [0 V
7 p6 g0 v5 s$ s
9 X0 @) J- ^6 e4 E: X; O) u7 y" y

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 楼主| 发表于 2011-4-11 14:26:21 | 显示全部楼层
本帖最后由 机场人家 于 2011-4-11 18:19 编辑 . {9 `( o. R4 {* e* L# M
: D. K" F6 {( n4 z+ K& q2 }& |, e
目前,可以制造自行车车架的材料主要有以下几种:钢,铝合金,钛合金,镁合金,钪合金,碳纤维等等,一般市场上出现的车架主要有钢,铝合金,钛合金,碳纤维。钪合金和镁合金是最近的新兴材料,比较少见。) J9 R( H% w6 I7 W
: b2 E7 i% A$ \6 z3 |; a
要了解这些材料的特性,就有必要知道一些基本的概念和参数
6 ?* e( g% G6 \% U. B' y, D
" K! T- T$ U, [/ l* `$ F! K0 {  ^0 n6 b! G
1 M! |" U8 w7 h1 J! V# g
1
.强度(STRENGTH)。假设挂在金属棒另一端的重量,重到足以使金属棒产生永久的变形,也就是说,当移开重物时,金属棒仍然呈现弯曲,无法完全回复原状,即所谓的降伏(yield)。使材料达到降伏的力量因材料不同而不同,这就是所谓的强度。强度和车架的耐用度相关但和骑乘品质无关。强度 (strength)由材料的降伏强度(yield strength)决定。降伏强度和车架管材的品质、热处理制程及合金成份(某些品牌型式)有相当大的关系。: I9 Y0 U' L' _9 c9 _0 g
: F1 ^# c0 l! G; ]) l, L9 Q9 `
2.4 e0 z6 v5 X/ Z/ p# S/ m
刚性 (STIFFNESS) 假设一根金属棒的一端固定在夹具上,另一端加上一定的重量使得这根金属棒暂时弯曲,当把那个重物移开时,金属棒立即回复原来的型状。同样的重量加诸于不同材料时,会产生不同的弯曲程度,这就是刚性。刚性影响车架的骑乘品质,因为车架最怕在正常骑乘时发生变型。刚性决定于材料的弹性系数,而相当重要的是弹性系数和金属的品质及其合金的成份无关。举例来说,所有种类的钢,基本上具有相同的弹性系数。
( K. V& z( r5 N) y9 ]

1 ^) a/ c0 x4 }' N2 \3.重量(WEIGHT)除了强度和刚性之外,重量也是一个议题。和刚性一样,重量受到材料合金成份的影响相当轻微。即便你的车架贴着"Lite Steel TM"(轻量化钢材),事实上,所有的钢材几乎具有相等的重量。以下就是常见的几种材料的一些特性4 c; i' D* Y2 N$ Y) e

* J- V1 I) z& `& O, R. ~2 _& R% ^. C
    弹性系数(刚性) 强度 (降伏点 ) 重量(千克/立方米)
0 w! x4 C6 |& H1 V7 S, f  t! M0 B6 ^

3 b; |: |8 |/ N
. [% Z2 j* x4 ]- W7 F. S% J& V: U
钢材 ' Y& \* U. g* ?3 o$ z/ s
      30         46---162          7800---8200 6 N9 b9 L4 T6 M2 |7 k5 o' u" n

; a& ~9 ]0 Y& ]9 U! d( T* F1 T6 a  ?% D; N2 _- ~% b* l$ C
铝合金 * N  f8 j, v4 ~+ U" L. K7 n
     10-11     11-59(4-22退火后)     2700—3200
6 t( u0 a" O+ a

9 c. _% E% W$ E" U* {, H
! a: V7 Y% H- S5 J6 N
钛合金   J9 M# Q; R9 f
    15-16.5    40-120          4500—4700 ! O7 T! d: b" W
: g* c4 {4 F& @+ q; o3 i( Z' B
要注意,刚性和重量和材料的品质、热处理或合金成份无关。举例来说,所有的车用钢管,从大卖场的廉价单车到价值数千美元的单车都有相同的弹性系数30,以及490的重量。4 G2 t4 M8 Y0 a6 f- Q$ f6 B
8 _# Z4 U/ W- q( C
由上表中我们可以看出,用这几种材料做车架,在管材的形状和厚度相同的情况下,铝制车架的刚性只有钢制车架的三分之一,钛制车架也只有钢制车架的二分之一的钢性。也就是说,钢的车架是最结实的。当然实际情况下没有人会这样做车架,所以这个结论也就是不客观的了。
' Q3 D$ O* C2 P5 J9 }  z
0 X2 L1 \/ R  }* d
关于铝
铝作为一种在运动自行车上使用最广泛的材料,最大的优点就是他的重量。铝的刚性和强度都很低,但是铝可以通过增加单位体积上的材料来弥补这一缺憾,而重量仍然不大。另外相对于其他的运动自行车的高级材料,铝的价格很低。目前使用在高档铝架上的铝材(6000系列、7000系列)都是运用在航天方面的高级铝材。和一般的普通铝材相比,这些铝材无论是在强度还是刚性上都有显著的提高。而且厂家为了保证强度,都采取了使用较粗的管材、增大横截面积的做法,所以大多数的铝车架看起来都很粗犷。铝长时间使用外观不怎么变化。铝本身是很容易受腐蚀的金属,在空气中几乎不存在没有被氧化的铝,放置在空气中马上被氧化而形成很薄的氧化膜。为什么不生锈呢?原因是该氧化膜达到一定的程度时防止继续生锈,形成致密的氧化膜(三氧化二铝)。该氧化膜几乎是无色因此外观上不容易发现变化(有时会发白)
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以上都是铝的优点,但是这种材料也有两个致命的缺点。9 \7 q( T0 r" N$ B4 K
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. 铝的金属疲劳性很差,为了说明这一点,我们看下面的几幅图。(图欠奉)
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我们可以很明显的看到,铝的可乐罐很轻易的就被捏出了口子,而钢的水果罐头则安然无恙。铝材做的自行车架的致命弱点就是骑这种材料制造的自行车时,骑的次数越多,应力发生的次数也高,强度也显著引起变化。近来为了谋求轻量,许多车架使用薄料来制作(薄的程度已达到极限)。这些都是使用没有疲劳极限的铝合金来制作车架,这也就是为什么在专业的使用强度下一个铝架只能支持2-3年的原因。7 E' O, k! u# L

8 ^$ f1 ]& m- A4 D2. 铝没有弹性,无法吸收骑行的震动。用铝材制作的硬尾车架会把绝大多数的震动直接传递到骑手的身体上。这就使铝车架坐起来相当的颠簸,乘骑的舒适感很差。
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由于铝的这两个缺陷,使得它不适合做一般的硬尾车架。但是竞赛的XC越野车架大多数使用铝合金,这是因为铝的重量可以做到很轻,而通过热处理和抽管技术也可以获得很大的强度,这就使得铝车架的竞赛性能很好(竞赛性能当然不会考虑选手的舒适程度和产品的使用寿命了)。! Y+ \- g# t4 U2 {/ [# d
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而全减震车就没有这些顾忌了。由于拥有完全独立的减震结构用于吸收震动,并加上更为厚实和柔软的把胶和坐垫,铝没有弹性的缺点被完全的中和掉了。另外,铝较轻的质量使得它可以作成更大的截管面积,并在需要强度的地方进行局部的补强。所以说,铝是比较成熟而可靠的材料,并且在制作全减震车架的时候更有优势。6 U" G1 b/ M+ S$ J" g; _6 ?
关于钢
钢是一种历史悠久的材料,从最普通的民用自行车到高端的竞赛级车辆,都或多或少的使用着钢材。除了冶炼技术的完善之外,钢也有其它材料所不能代替的优点:9 b" n8 Z. Q. Y9 L/ Z8 ?
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. 加工性能好,铬钼钢是历史最悠久的自行车素材,对它的研究时间也最长,因此它的加工技术已经发展到一个相当稳定的程度。% t) k4 L  v& N3 D1 V+ u, H: W
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. 强度大,从上文中我们可以看出相同体积下的钢材的强度远远大于铝合金和钛合金,因此合格的钢架的强度都可以让人放心。
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. 乘骑感舒适,钢是一种具有良好的弹性的金属,用钢制作的车架,可以吸收骑行过程中所带来的震动。因此钢架不会向铝架那样让人感觉不舒服,特别适合用来做旅行车架。
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. 钢的金属疲劳性要比铝强的多(从上文中的实验我们就可以看出来了),所以在相同的使用条件下,钢架的寿命也会比铝架长得多。" o5 w, ]0 Z/ Y# r% i
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当然,钢架也有其不可克服的缺点:& }( b0 Z: j' r% A0 g' E7 \
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.重量,在极度追求器材轻量化的今天,钢7。8/立方厘米的质量让所有人对他望而却步。虽然可以使用轻量化的钢材,并且用抽管技术把管壁抽得极薄,可是还是很难把钢架的重量减到1600克以下。而很多铝架的重量只有1400克左右。这也就是在竞赛级别的车架中很少看见钢架的缘故。/ [1 f2 f4 a6 {' Z1 ?) ^: ]

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. 生锈,相对于其他的材料,钢是比较容易生锈的。生锈会使钢的强度大幅度的下降,减少使用寿命。所以必须采取种种手段来防止钢材生锈。
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所以如果不是追求竞赛级的重量,又考虑车架的耐用程度的话,钢架无疑是很好的选择。
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但是需要指出的是,目前国内好的钢架要比好的铝架难找。首先好的纲架并不便宜,向雷诺853系列的高级钢架要好几千,而意大利colnago的钢架则要上万。另外由于人们对铝架的偏爱,使得钢架难以销售。随着国内的自行车巨人——中华自行车公司的倒闭,好的钢架在国内几乎绝迹了,这真是一个遗憾啊!关于钛0 {: g8 W! e: s2 e+ B+ G
钛是一种新兴的金属,这种新材料具有非常优越的性能,是制作顶级车架的最好的材料之一。8 _" [- z6 d  J8 W6 L/ Z

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. 钛合金可以制作重量很轻强度又很大的车架,从上表中可以看出,钛的强度和钢差不多,但是重量也只有钢的一半多一点,因此同样强度的钛合金车架会比钢车架轻很多。
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.钛合金具有非常好的弹性,这使得它在吸收骑行振动方面功不可没。用钛合金制作的车架具有非常良好的舒适性,而且钛是一种具有记忆性的金属,它在自己的形变范围内几乎具有无限的使用寿命,也就是说购买钛合金车架是一种一劳永逸的方法。(笑)一般来说,在专业的使用条件下,铝合金车架的使用寿命是2年,钢车架是8年,而钛车架则可以达到20年左右。8 `$ Y4 x: ?( X* |

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. 在正常的条件下,钛几乎不会发生腐蚀的现象。: H5 L" `# ], |' i% i

# S: d# i0 l. [8 p2 f, S' r有其利就回有其弊,钛合金也有其不可避免的缺点,目前来说最头痛的就是一个字:贵!!  o" f+ v# M6 I* J+ S  `, i
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按照金属的含量来说,钛其实并不是稀有金属。可是自然状态的钛元素一般以二氧化钛的形式存在着,提炼加工过程复杂,技术要求高,并花时间因此成本高。再有溶接加工极为困难,因为钛和氧的亲和力极强,和空气接触后马上变成二氧化钛,而二氧化钛硬而脆,该部分的强度会不断下降。必须用惰性气体小心焊接。通常所说的Tig焊接是:(Tig:钨、惰性气体的略语)用钨电极及氩气体进行弧焊接。钛的焊接必需隔绝空气下进行。由于以上原因钛车架价格很贵。一般国产的航轮和宝钛的3/25的钛合金车架的价格大概在数千元,而如果象AIRBONE或者LITESPEED的钛架的价格甚至上万。但是如果考虑到钛架的使用寿命,这个价格也就不会感到那么离谱了。0 X8 l$ r1 R/ O5 K3 x) ]* v
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关于碳纤5 o( B7 `* D3 i/ M4 _, e
碳纤维作为一种高科技材料使用在自行车上是最近十年的事情。严格来说碳纤维并不是单纯的碳元素,而是碳元素经过编织加工后利用环氧树脂粘和加固的一种混合物。早期的碳纤维由于技术上面的原因,使用的环氧树脂甚至会在阳光下分解。随着科技的进步,这种优秀材料的种种缺点在被逐渐克服。比如德国的K车架就使用了高级的16K的碳纤维,这种碳纤维的强度甚至超过了钢材,并且拥有终身保用的质量承诺。
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7 T, f* z. Z! G+ e# i/ F) z4 d一般来讲,碳纤维作为自行车的材料拥有以下几个特点:
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. 极轻的重量:1200克左右的碳纤维公路架已经到处可见了。由于碳的质量仅有1。6克/立方厘米,所以制作1公斤左右的车架已经不在是梦想。# x2 q- ]2 f1 N! k) D, E1 V

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. 吸收冲击性能好。碳纤维可以有效的吸收震动,并且保持很好的刚性。这种特点使得它成为很好的竞赛级的材料。3 q$ d- x# I( L. b

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. 可以制作各种形状的车架。和一般的金属车架的制造过程不一样,碳纤维车架一般是先制作模具,然后在模具上付上碳纤片,最后用环氧树脂进行粘固。这种制作过程可以利用空气动力学作成风阻极小的车架。
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( }, p  d5 D0 ^$ i- o" O3 d5 Y9 |目前这种材料的毛病主要是以下两点:5 ~: D6 ?) [" l' p  a

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.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。一般来讲,碳纤维抗面的冲击相当好,而抗穿刺能力就很差了。就是说你横摔竖拍不要紧,就怕的是横摔竖拍的过程中碰到一两块锋利的小石子,那可就不是拿去焊一下就可以解决的了。
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. 价格昂贵,和钛合金相比,碳纤维车架的价格有过之而无不及,向顶级的碳纤维车架的价格都要上万,而科那哥的C40和C50的价格甚至超过2万元。这主要是因为碳纤维车架的制作过程需要很多的手工,并且报废率很高,造成成本的大量上升。# O: ]' s! Z0 s7 A0 e  _  w# W

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 楼主| 发表于 2011-4-11 14:28:15 | 显示全部楼层
呵呵   匿名跟帖的老鼠仓被取缔了,论坛干净了。

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 楼主| 发表于 2011-4-11 22:59:42 | 显示全部楼层
DIY组装单车VS品牌单车--------区别及优势+ K& b% l9 C) V! p( ^/ m0 O' x
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自行车运动是一种时尚健康的运动,在我们国内发展也是近十几年的新兴运动,随着人们的生活水平的的提高也就越来越关注健康的重要性,各种时尚运动也就孕育而生,自行车运动就是发展最快的一种运动方式。    5 {/ B; h/ \' `
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现在市场上出现了两种自行车的消费方式,一种是购买品牌成车,另外一种则是DIY自行车,就象装配电脑一样把各种零件自己组合起来装成一部个性化十足的车子。
& u2 c' z( G( c那么品牌车和DIY单车有什么区别呢?具体的分析一下: + H( |2 F6 ]2 |
   1、方便性: ) Q/ Z' ~1 F) W3 {. \2 n  Q  |" Z' l" Z4 o
   购买品牌车相对方便,不需要消费者对车子有足够的认识,只要样式、价钱、试乘满意,就可以买走。而且同一个型号的车子通常都会有全国统一的价格。 4 E: J3 G; k' Z; d9 b4 {* ]% A
   而自己装车的方便程度则刚好相反,要求消费者对自行车要有一定的认知。因为不同的配置,不同的要求最后会使得车子在样式和价钱上出现千差万别的变化。
' d* u% T+ S1 _3 m. K   2、人车协调性
& Q) v" g+ _/ i5 B6 H   自行车运动是一种人和机械相配合的一种运动,人车协调才能把人的体力最大限度的通过机械发挥出来。因此人车的协调是自行车运动最为关键的一点。这个和我们日常穿鞋、穿衣的道理是一样的,40号的脚最理想就是穿 40号的鞋子,40号的脚去穿41、或者39号的鞋都会因为太大或太小而感到不舒服。(这也是最被刚开始接触自行车运动的消费者忽略的一点,很多人只是简单的认为只要车子的质量好就一切OK了,完全没有意识到还有一个尺寸的问题。身高160mm的个子和180mm的个头骑的同样尺寸的自行车不可能是科学的。) 3 e, q% f; O1 e$ }/ J% s1 |) `
   为了符合流水线的大批量生产,品牌车通常都会给车子装配统一的尺寸和相同的配置,同一型号的自行车的车架的尺寸通常是一样的,或者只有一两个较少的尺寸。品牌车厂家目前还不能按照消费者的身材生产出不同大小的自行车。 4 E6 F0 T2 c$ }
   于是车子是按照统一的标准化型号生产出来了,人却不能长成一样的标准化型号。这也就是为什么不少的消费者在参与自行车运动一段时间以后,拿原先购买的品牌车去升级、去改造否则会感到骑行不舒服,或干脆放弃这项运动转而认为骑自行车会造成腰酸背疼。毕竟刚好长得符合厂家生产尺寸的人是少数。(注意:如果你骑车后真的觉得腰酸背疼,哪你的车子很有可能就是不适合你,适合你的车子不会出现腰酸背疼的情况。) ; Z9 c5 s" d9 q8 X6 S8 K
   于是,市场上便出现了DIY单车的行业。按照自己的身高、体重、要求、喜好、装一辆自己喜欢的个性化的自行车,正在成为自行运动发展的一种趋势。 # v4 M7 z6 c7 q. w% S) f
   3、个性化
7 k7 v$ q9 U7 a* \+ y% b( i   个性化的消费是个人品味高低和认知能力的具体体现,知其然---必欲知其所以然,一个爱好单车运动的人不可能不去了解性能配置知识的,否则就是叶公好龙。DIY单车的个性化远远的高于品牌成车,因为个体差异的缘故,消费者对自行车的要求是千差万别的,以山地车为例,有的人非常注重车子的颜色搭配、而有的重视前叉避震的润滑、有的看重变速系统、有的要求轮胎的抓地性好、有的注重 V刹还是碟刹……等等,这些都是品牌成车所无法提供的。
6 r' O3 o  G1 S& ?$ ]   4、零件匹配性 . [* A& N' x& Y5 S( Y  F
   为了能让尽可能多的零配件相互匹配,装车市场上流通的配件基本都符合通用的尺寸。而品牌成车有时出于节省成本或某种目的会装上一些非通用的尺寸的配件,最后造成车子升级的困难,或不得不继续选择该品牌的配件。
- c) Z5 u% K  b! ^% J% v    综上所述,DIY单车无论从性能配置还是价格(也就是消费的核心:性价比)上来说,更具灵活性,更能够满足消费者的各种需求,这也是DIY单车行业能够迅速发展起来并能够占领市场的重要原因。
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8 @& D; I" ~: _4 ]- P    单车运动是一项需要品味和知识的高雅运动。
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 楼主| 发表于 2011-4-13 13:34:56 | 显示全部楼层
对于无限的知识而言,人的认知能力总是有限的;但是对于某些有限的知识而言,人的认知能力却是可以无限发挥的。+ r. w1 O. n) o% g9 J  {5 `) }
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不管玩什么,总是要玩得明白些才好。, g7 b) I; p5 M1 P) m; C  |: b

3 P; R1 s: s$ v" W# A5 ^0 N奉告那些跟风起哄的人:无知不是你们的错,但是把无知当成个性就一定会错的了。
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 楼主| 发表于 2011-4-17 22:35:46 | 显示全部楼层
:$

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 楼主| 发表于 2011-4-18 17:38:16 | 显示全部楼层
想懂的一听就懂,不想懂的再教也难免悲催。:lol

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 楼主| 发表于 2011-4-18 23:59:05 | 显示全部楼层
:lol
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