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發(fā)表于 2011-4-11 14:26:21
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本帖最后由 機(jī)場人家 于 2011-4-11 18:19 編輯
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目前，可以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，碳纖維等等，一般市場上出現(xiàn)的車架主要有鋼，鋁合金，鈦合金，碳纖維。鈧合金和鎂合金是最近的新興材料，比較少見。
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要了解這些材料的特性，就有必要知道一些基本的概念和參數(shù)
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1．強(qiáng)度（STRENGTH）。假設(shè)掛在金屬棒另一端的重量，重到足以使金屬棒產(chǎn)生永久的變形，也就是說，當(dāng)移開重物時(shí)，金屬棒仍然呈現(xiàn)彎曲，無法完全回復(fù)原狀，即所謂的降伏(yield)。使材料達(dá)到降伏的力量因材料不同而不同，這就是所謂的強(qiáng)度。強(qiáng)度和車架的耐用度相關(guān)但和騎乘品質(zhì)無關(guān)。強(qiáng)度 (strength)由材料的降伏強(qiáng)度(yield strength)決定。降伏強(qiáng)度和車架管材的品質(zhì)、熱處理制程及合金成份(某些品牌型式)有相當(dāng)大的關(guān)系。
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剛性 (STIFFNESS) 假設(shè)一根金屬棒的一端固定在夾具上，另一端加上一定的重量使得這根金屬棒暫時(shí)彎曲，當(dāng)把那個(gè)重物移開時(shí)，金屬棒立即回復(fù)原來的型狀。同樣的重量加諸于不同材料時(shí)，會(huì)產(chǎn)生不同的彎曲程度，這就是剛性。剛性影響車架的騎乘品質(zhì)，因?yàn)檐嚰茏钆略谡ｒT乘時(shí)發(fā)生變型。剛性決定于材料的彈性系數(shù)，而相當(dāng)重要的是彈性系數(shù)和金屬的品質(zhì)及其合金的成份無關(guān)。舉例來說，所有種類的鋼，基本上具有相同的彈性系數(shù)。8 f4 ^' q2 P! O: L2 F( |3 `
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3．重量(WEIGHT)除了強(qiáng)度和剛性之外，重量也是一個(gè)議題。和剛性一樣，重量受到材料合金成份的影響相當(dāng)輕微。即便你的車架貼著"Lite Steel TM"(輕量化鋼材)，事實(shí)上，所有的鋼材幾乎具有相等的重量。以下就是常見的幾種材料的一些特性9 T/ `9 o- a) U" C$ \* [
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' Z$ e! E3 E: c7 m 彈性系數(shù)(剛性) 強(qiáng)度 (降伏點(diǎn) ) 重量(千克/立方米)
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# d) \9 l* u9 w# W% D鋼材 ! y- R! z- j% B! |1 Q! V
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鋁合金
- x/ i/ [5 d g( R; x3 t' ~ 10-11 11-59(4-22退火后) 2700—3200 8 C$ i, S1 Y: a9 O5 J
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鈦合金
' m7 U W9 t/ l m 15-16.5 40-120 4500—4700 8 x3 X3 H) A& H; A" u6 |
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要注意，剛性和重量和材料的品質(zhì)、熱處理或合金成份無關(guān)。舉例來說，所有的車用鋼管，從大賣場的廉價(jià)單車到價(jià)值數(shù)千美元的單車都有相同的彈性系數(shù)30，以及490的重量。! w& [* c5 g- q% s, @
8 W# k5 V6 v7 A' s5 p) v由上表中我們可以看出，用這幾種材料做車架，在管材的形狀和厚度相同的情況下，鋁制車架的剛性只有鋼制車架的三分之一，鈦制車架也只有鋼制車架的二分之一的鋼性。也就是說，鋼的車架是最結(jié)實(shí)的。當(dāng)然實(shí)際情況下沒有人會(huì)這樣做車架，所以這個(gè)結(jié)論也就是不客觀的了。
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* n* J) s* P7 P5 c" k+ @9 b8 m" S關(guān)于鋁 鋁作為一種在運(yùn)動(dòng)自行車上使用最廣泛的材料，最大的優(yōu)點(diǎn)就是他的重量。鋁的剛性和強(qiáng)度都很低，但是鋁可以通過增加單位體積上的材料來彌補(bǔ)這一缺憾，而重量仍然不大。另外相對(duì)于其他的運(yùn)動(dòng)自行車的高級(jí)材料，鋁的價(jià)格很低。目前使用在高檔鋁架上的鋁材（6000系列、7000系列）都是運(yùn)用在航天方面的高級(jí)鋁材。和一般的普通鋁材相比，這些鋁材無論是在強(qiáng)度還是剛性上都有顯著的提高。而且廠家為了保證強(qiáng)度，都采取了使用較粗的管材、增大橫截面積的做法，所以大多數(shù)的鋁車架看起來都很粗獷。鋁長時(shí)間使用外觀不怎么變化。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。為什么不生銹呢？原因是該氧化膜達(dá)到一定的程度時(shí)防止繼續(xù)生銹，形成致密的氧化膜（三氧化二鋁）。該氧化膜幾乎是無色因此外觀上不容易發(fā)現(xiàn)變化(有時(shí)會(huì)發(fā)白)
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) }1 g' _& \6 u4 ^ F' O; z' ?/ g* A. H以上都是鋁的優(yōu)點(diǎn)，但是這種材料也有兩個(gè)致命的缺點(diǎn)。
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( ~+ c5 h! v; _. [8 O V" Y1． 鋁的金屬疲勞性很差，為了說明這一點(diǎn)，我們看下面的幾幅圖。（圖欠奉）. C: g3 t1 Y6 J# e% G
' O3 _% g# P) Y% K1 [我們可以很明顯的看到，鋁的可樂罐很輕易的就被捏出了口子，而鋼的水果罐頭則安然無恙。鋁材做的自行車架的致命弱點(diǎn)就是騎這種材料制造的自行車時(shí)，騎的次數(shù)越多，應(yīng)力發(fā)生的次數(shù)也高，強(qiáng)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(dá)到極限)。這些都是使用沒有疲勞極限的鋁合金來制作車架，這也就是為什么在專業(yè)的使用強(qiáng)度下一個(gè)鋁架只能支持2-3年的原因。+ B- ?" \4 i- E* J. Z" v1 o( {) h
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2． 鋁沒有彈性，無法吸收騎行的震動(dòng)。用鋁材制作的硬尾車架會(huì)把絕大多數(shù)的震動(dòng)直接傳遞到騎手的身體上。這就使鋁車架坐起來相當(dāng)?shù)念嶔?，乘騎的舒適感很差。
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由于鋁的這兩個(gè)缺陷，使得它不適合做一般的硬尾車架。但是競賽的XC越野車架大多數(shù)使用鋁合金，這是因?yàn)殇X的重量可以做到很輕，而通過熱處理和抽管技術(shù)也可以獲得很大的強(qiáng)度，這就使得鋁車架的競賽性能很好（競賽性能當(dāng)然不會(huì)考慮選手的舒適程度和產(chǎn)品的使用壽命了）。% K" e3 E* H7 W4 j) [& _, l
Q$ R# _6 t4 L, X, u2 B( {而全減震車就沒有這些顧忌了。由于擁有完全獨(dú)立的減震結(jié)構(gòu)用于吸收震動(dòng)，并加上更為厚實(shí)和柔軟的把膠和坐墊，鋁沒有彈性的缺點(diǎn)被完全的中和掉了。另外，鋁較輕的質(zhì)量使得它可以作成更大的截管面積，并在需要強(qiáng)度的地方進(jìn)行局部的補(bǔ)強(qiáng)。所以說，鋁是比較成熟而可靠的材料，并且在制作全減震車架的時(shí)候更有優(yōu)勢。
8 ~ w) J9 G/ V( I% F關(guān)于鋼 鋼是一種歷史悠久的材料，從最普通的民用自行車到高端的競賽級(jí)車輛，都或多或少的使用著鋼材。除了冶煉技術(shù)的完善之外，鋼也有其它材料所不能代替的優(yōu)點(diǎn)：
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, r6 O$ C' d$ c" k3 d9 H$ ^( G1． 加工性能好，鉻鉬鋼是歷史最悠久的自行車素材，對(duì)它的研究時(shí)間也最長，因此它的加工技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到一個(gè)相當(dāng)穩(wěn)定的程度。
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q& q. o2 ?3 q9 C" f7 l2． 強(qiáng)度大，從上文中我們可以看出相同體積下的鋼材的強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鋁合金和鈦合金，因此合格的鋼架的強(qiáng)度都可以讓人放心。
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3． 乘騎感舒適，鋼是一種具有良好的彈性的金屬，用鋼制作的車架，可以吸收騎行過程中所帶來的震動(dòng)。因此鋼架不會(huì)向鋁架那樣讓人感覺不舒服，特別適合用來做旅行車架。
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4． 鋼的金屬疲勞性要比鋁強(qiáng)的多（從上文中的實(shí)驗(yàn)我們就可以看出來了），所以在相同的使用條件下，鋼架的壽命也會(huì)比鋁架長得多。
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當(dāng)然，鋼架也有其不可克服的缺點(diǎn)：
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1．重量，在極度追求器材輕量化的今天，鋼7。8/立方厘米的質(zhì)量讓所有人對(duì)他望而卻步。雖然可以使用輕量化的鋼材，并且用抽管技術(shù)把管壁抽得極薄，可是還是很難把鋼架的重量減到1600克以下。而很多鋁架的重量只有1400克左右。這也就是在競賽級(jí)別的車架中很少看見鋼架的緣故。
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( n( L1 b; h8 [0 K7 g: o2． 生銹，相對(duì)于其他的材料，鋼是比較容易生銹的。生銹會(huì)使鋼的強(qiáng)度大幅度的下降，減少使用壽命。所以必須采取種種手段來防止鋼材生銹。7 |; i1 c8 F8 ?6 d |
6 |+ ]+ N+ @8 }+ l+ r; r所以如果不是追求競賽級(jí)的重量，又考慮車架的耐用程度的話，鋼架無疑是很好的選擇。! d! q8 E6 d }" {4 s# M; j
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但是需要指出的是，目前國內(nèi)好的鋼架要比好的鋁架難找。首先好的綱架并不便宜，向雷諾853系列的高級(jí)鋼架要好幾千，而意大利colnago的鋼架則要上萬。另外由于人們對(duì)鋁架的偏愛，使得鋼架難以銷售。隨著國內(nèi)的自行車巨人——中華自行車公司的倒閉，好的鋼架在國內(nèi)幾乎絕跡了，這真是一個(gè)遺憾??！關(guān)于鈦5 ~6 t# Q% T/ o. t" S) h$ x
鈦是一種新興的金屬，這種新材料具有非常優(yōu)越的性能，是制作頂級(jí)車架的最好的材料之一。3 h; A6 U- f7 t* {; x! Z. b5 L
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1 d9 |" \+ A- F* f1． 鈦合金可以制作重量很輕強(qiáng)度又很大的車架，從上表中可以看出，鈦的強(qiáng)度和鋼差不多，但是重量也只有鋼的一半多一點(diǎn)，因此同樣強(qiáng)度的鈦合金車架會(huì)比鋼車架輕很多。
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# A& i& {- q6 M2．鈦合金具有非常好的彈性，這使得它在吸收騎行振動(dòng)方面功不可沒。用鈦合金制作的車架具有非常良好的舒適性，而且鈦是一種具有記憶性的金屬，它在自己的形變范圍內(nèi)幾乎具有無限的使用壽命，也就是說購買鈦合金車架是一種一勞永逸的方法。（笑）一般來說，在專業(yè)的使用條件下，鋁合金車架的使用壽命是2年，鋼車架是8年，而鈦車架則可以達(dá)到20年左右。$ Q4 y j: d" `1 c1 e; r
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3． 在正常的條件下，鈦幾乎不會(huì)發(fā)生腐蝕的現(xiàn)象。
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* y) A, w6 h* E( o) d/ b% F有其利就回有其弊，鈦合金也有其不可避免的缺點(diǎn)，目前來說最頭痛的就是一個(gè)字：貴?。?/strong>0 k, w7 x6 f, }8 T: [1 Y
; q5 F5 G' M; u7 |' w, D* [# `按照金屬的含量來說，鈦其實(shí)并不是稀有金屬?？墒亲匀粻顟B(tài)的鈦元素一般以二氧化鈦的形式存在著，提煉加工過程復(fù)雜，技術(shù)要求高，并花時(shí)間因此成本高。再有溶接加工極為困難，因?yàn)殁伜脱醯挠H和力極強(qiáng)，和空氣接觸后馬上變成二氧化鈦，而二氧化鈦硬而脆，該部分的強(qiáng)度會(huì)不斷下降。必須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(jìn)行弧焊接。鈦的焊接必需隔絕空氣下進(jìn)行。由于以上原因鈦車架價(jià)格很貴。一般國產(chǎn)的航輪和寶鈦的3/2。5的鈦合金車架的價(jià)格大概在數(shù)千元，而如果象AIRBONE或者LITESPEED的鈦架的價(jià)格甚至上萬。但是如果考慮到鈦架的使用壽命，這個(gè)價(jià)格也就不會(huì)感到那么離譜了。
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3 l) D, N& `6 F$ I9 Q6 D% ^關(guān)于碳纖
8 i, l" ]2 M" p V; X B9 F5 H碳纖維作為一種高科技材料使用在自行車上是最近十年的事情。嚴(yán)格來說碳纖維并不是單純的碳元素，而是碳元素經(jīng)過編織加工后利用環(huán)氧樹脂粘和加固的一種混合物。早期的碳纖維由于技術(shù)上面的原因，使用的環(huán)氧樹脂甚至?xí)陉柟庀路纸?。隨著科技的進(jìn)步，這種優(yōu)秀材料的種種缺點(diǎn)在被逐漸克服。比如德國的K車架就使用了高級(jí)的16K的碳纖維，這種碳纖維的強(qiáng)度甚至超過了鋼材，并且擁有終身保用的質(zhì)量承諾。
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3 _# G* m% G$ |1 t) d一般來講，碳纖維作為自行車的材料擁有以下幾個(gè)特點(diǎn)：5 `: C. v. V! }0 F9 H! Z
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% ]1 D2 |9 |& W9 `1． 極輕的重量：1200克左右的碳纖維公路架已經(jīng)到處可見了。由于碳的質(zhì)量僅有1。6克/立方厘米，所以制作1公斤左右的車架已經(jīng)不在是夢想。
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2． 吸收沖擊性能好。碳纖維可以有效的吸收震動(dòng)，并且保持很好的剛性。這種特點(diǎn)使得它成為很好的競賽級(jí)的材料。' F% U( q" K* K8 f4 q5 o
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3． 可以制作各種形狀的車架。和一般的金屬車架的制造過程不一樣，碳纖維車架一般是先制作模具，然后在模具上付上碳纖片，最后用環(huán)氧樹脂進(jìn)行粘固。這種制作過程可以利用空氣動(dòng)力學(xué)作成風(fēng)阻極小的車架。
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( v- r$ |" i: y4 D目前這種材料的毛病主要是以下兩點(diǎn)：' e0 ~% L6 d; d3 I; V: z5 M' p7 p4 O
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) l* P. q1 U* S* f& }* }1．復(fù)雜的應(yīng)力計(jì)算。構(gòu)成碳纖維車架的是碳纖維，它的特點(diǎn)是拉伸強(qiáng)度強(qiáng)，但剪斷強(qiáng)度弱，加工時(shí)需要進(jìn)行復(fù)雜的應(yīng)力計(jì)算(縱剛性、橫剛性)，根據(jù)計(jì)算把碳纖維片重疊成型。一般來講，碳纖維抗面的沖擊相當(dāng)好，而抗穿刺能力就很差了。就是說你橫摔豎拍不要緊，就怕的是橫摔豎拍的過程中碰到一兩塊鋒利的小石子，那可就不是拿去焊一下就可以解決的了。
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2 V' h8 z& o. C5 T2． 價(jià)格昂貴，和鈦合金相比，碳纖維車架的價(jià)格有過之而無不及，向頂級(jí)的碳纖維車架的價(jià)格都要上萬，而科那哥的C40和C50的價(jià)格甚至超過2萬元。這主要是因?yàn)樘祭w維車架的制作過程需要很多的手工，并且報(bào)廢率很高，造成成本的大量上升。
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