骑行天下网 作者:tianzhu 2006-12-29 11:23:53
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上学期查阅了不少关于铝合金车架的文献，刚才有新人问铝合金车架和其他材料的车架有什么区别，那我就把其中比较直观的简单的知识整理一下贴出来，大家看着玩玩吧。
1 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。
7000系是铝合金中最强的材料。尤其是7075是特超硬铝(制造飞机的材料)，但是它的焊接难度大，耐腐蚀性差(会发白)等。
2 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，若没有经过这个程序的车架，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。根据公开的数据，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。
3 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。
4 几种车架材料的机械性能的数值比较：
（1） 密度：
用在自行车上的材料 密度（g/cm＾3）
铬钼钢(低合金钢) 7.9
铝合金 2.6-2.9
钛 4.5
钛合金 4.3-5.1
碳纤 (CFRP) 1.5-1.6
镁合金 1.7
（2） 拉伸强度：（材料抵抗破坏的能力）
指的是增加应力到一定程度时不单是成为塑性变形，还被拉断。
自行车材料的拉伸强度
用在自行车上的材料 拉伸强度 （MPa，N/mm＾２）
SCM415 (铬钼钢) 834以上
6061 (6000系铝合金) 无热处理的场合 100以上
有热处理的场合(T6) 246以上
7005 (7000系铝合金) 有热处理的场合(T6) 345以上
7075 (特超硬铝，飞机合金) 无热处理的场合 230以上
有热处理的场合(T6) 597以上
CPTi (纯钛) 有热处理的场合(T6) 597以上
用的较多的纯钛为如下：
PTT800 800
Grade4 588～753
UTT75 753
3-2.5Ti （３％Al－2.5V Ti合金） 685以上
6-4Ti （６％Al－４V Ti合金） 有热处理的场合 (时效)1160
无热处理的场合 980
注：
表中的有关热处理以如下数字来表示：
-0：完全退火
-T5：人工时效(无溶体化处理)
-T6：溶体化处理后人工时效
-T7：溶体化处理后稳定化处理
-T8：溶体化、硬化加工、人工时效
（3）刚度：（材料抵抗变形的能力）。
刚度高的材料硬，承受负荷后变形也少；刚度低的材料较软，承受负荷后变形较多。作为自行车的材料，有些部位需要变形多些，有些部位需要变形少些。
刚度以杨氏弹性模量来表示。数据越大刚度越高。下表为自行车的各种材料的杨氏弹性模量
杨氏弹性模量
用在自行车上的材料 杨氏弹性模量(GNm^-2)
铬钼钢 (低合金钢) 200-207
铝合金 69-79
钛 116
钛合金 80-130
碳纤 70-200
镁合金 41-45
上面三个表格从数据上说明了铝合金车架的机械性能
a 重量轻，大约是钢架车的1/3
b 强度不是很高，但是热处理之后的强度足够应付普通乡间骑行
c 刚度偏软，踩踏时会产生车架轻微可恢复形变，高端铝合金车架可以通过制造工艺
改善这方面的问题。
与其他几种材料相比
价钱经济实惠、重量轻、强度适中。大概就是铝合金车架最好的描述了。
5 车架的寿命
车架的寿命就是多长时间之内不发生严重变形乃至管壁断裂
也就是车架的强度问题
如果能排除对车架施加大的冲击载荷（骑着车子从楼顶冲下）
那么对车架强度最至关重要的就是金属疲劳问题。
自行车的金属疲劳是不可避免的现象。具体地说：影响最大的是，加在管上的应力、管的材料、疲劳极限。
设 计自行车管道时，增加应力的话，不得不增加管壁的厚度。疲劳极限高而薄管壁的加工方法，目前主要采用Padded加工方法，这种方法是：发生集中应力的部 位如接合部位，按理应增加该部位的厚度，但是不增加厚度，代替它的方法是，减少应力小的管道的中心部位的管壁的厚度。在此举几个薄壁管道的例子。
铝制车架：Dedacciai公司的最高级铝管SC61-10A的管壁中央的厚度为0.8mm。最便宜的铝制车架的管道的厚度为1.8～1.3mm
作为自行车运动爱好者来说，能够骑上把管壁加工至极限的薄而轻的车子是可以接受的，但是乘骑的次数越多，强度越下降，年年要换新的车子的话，薄料的车子有什么用呢，当然专业选手就不同了，他们有练习用车及比赛用车。
至于大家这样普通玩乐用的车架，总会在轻量化和强度之间找到最优化的选择。
最后引用一下faster同学的名言：
目前车架追求轻量化还不如自己减肥来的实惠：）
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