自行车车架，铬锰钢，铬钼钢，铝合金（碳纤和钛合金太贵了，不考虑），哪种材料耐用？求各材料优缺点？

陈十七 2024-11-30 14:52:14

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自行车架大概要考虑三个因素：一是强度，二是轻量，三是美观。铝合金是目前市场上使用最普遍的材质，优点在于重量轻、短时间的硬度和刚性表现最佳、塑形加工容易、不会生锈，要轻可以把管材抽得极薄，要强也可利用cnc模具切削做出夸张的外型和惊人的强度。缺点是几乎没有弹性可言、会累积金属疲劳，也由于其灵敏轻巧、高刚性的特性，因此很容易传达地面的振动，造成骑乘舒适性不佳。钢材是使用在自行车上最久的车架材质，主要优点包括长时间骑乘的刚性佳、管材有弹性（吸震）、管材接合方式多且加工性佳、易焊接且不需要热处理，因此成本与价格相对较低。缺点则是重量过重，保养不当容易生锈，管材塑形较不易且有金属疲劳的问题。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他的素材重(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。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°c以上)和另管道侧(室温)之间的温度差，冷却时收缩而发生残留应力。该部位受到应力集中时，可能会产生裂缝。结果自行车骑的时间长时可能会引起金属疲劳，微观的硬化加工也使冲击的吸收性也变得差.
铝合金（al-mg-si,al-zn-mg-(cu)）
很久以前就有用铝合金制作的车架。轻而价格低是它的优点。但是从「轻」来说，当前与铁素材比较相差并不大。老车手对它的反应是「虽轻但易弯曲」。虽然经过多次改进，但是始终克服不了杨氏弹性模量低的缺点。最近的铝合金车架，为了提高杨氏弹性模量，加大管道外径，使用扁平管，或者对铝管进行热处理等，制造出轻而有刚性的车架，这种最新的铝合金车架对车手来说，具有足够的轻量与刚性。铝合金是纯铝中加入mg，zn，si，cu等金属的合金。铝本身具有轻量、可塑性好、耐腐蚀等优点，加入其他金属后显著提高了机械性能。自行车所使用的铝合金多数为6000系（al-mg-si）和7000系（al-zn-mg-cu)两种，经过热处理(铝耐高温，在高温下能改变性质)可以制成名种各样的材料。6000系被认为是耐腐蚀、强度好、焊接性也好的材料。下表表示使用最多的6061合金的机械强度。7000系是铝合金中最强的材料。铝合金车架的优点
(1).可以制作重量轻的车架
铝的比重轻但不够硬，为了增强强度把它制成合金并施予热处理。[热处理技术]采用时效析出增强法，简单地说，在金属内形成一种妨碍金属变形的物质。在某种高温下进行热处理时，会引起时效析出，若没有经过这个程式的车架，也会引起常温时效。就是说把车架放置在房间内也会逐渐变强。许多铝合金制车架用6061t6材料来制造。t6标志表示经过热处理、时效。若没有热处理的话强度只能达到1/2，或者1/5的程度。有7075标志的自行车零件(如xtr曲柄等)，严格来讲没有经过热处理。也就是说因没有时效，因此是常温时效。7075合金本来就必要进行热处理，通过热处理其强度可以增加5倍。另外，7005合金也常用来制造车架，它的强度比不上7075，但是它在常温下也能够进行足够的时效的材料。这种材料也可用padded加工制成薄料。但是材料本身的强度及杨氏弹性模量低，因此加粗管道直径来提高刚性。通常被称作铝制粗管道的是这种类型。(2)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。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)。另一方面，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，到底长时间使用后强度变化将是如何呢！dedacciai公司制作的sc61-10a等是表面施有喷丸硬化加工(ket处理)的管道，这种加工的目的是延长疲劳的寿命。根据公开的资料，能提高140%。ket处理是：疲劳破坏是在金属表面上所发生的裂缝为起因，因此用硬化加工技术来提高金属表面的硬度。铝合金车架的缺点
(1).铝是弹性率及刚性低的材料。因此采用粗的管道，或者改变形状如cross-over管、padded管等。(2).需要进行热处理
必需进行热处理，否则强度不够。因此一般的规模不大的工厂无能力购买热处理设备。尤其是6000系的铝合金管，多数情况是管道厂家指定热处理条件。铬锰钢是一种高强度的钢材，主要用于需要承受冲击、挤压、物料磨损等恶劣工况条件，破坏形式以磨损消耗为主，部分断裂、变形。性能作用
高锰钢最重要的特点是在强烈的冲击、挤压条件下，表层迅速发生加工硬化现象，使其在心部仍保持奥氏体良好的韧性和塑性的同时硬化层具有良好的耐磨性能。这是其它材料所不及的。但高锰钢的耐磨性只是在具备足以形成加工硬化的条件下才表现出其优越性，其他情况下则很差。如果只是耐用还是选择铬钼钢车架
希望能帮到您 20210311

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