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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)# A2 h! e5 {/ f; h3 }: F
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- i' \3 V- w9 \2 \5 {5 r1．強度（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，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，這就是所謂的強度。強度和車架的耐用度相關(guān)但和騎乘品質(zhì)無關(guān)。強度 (strength)由材料的降伏強度(yield strength)決定。降伏強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。6 o W7 E# G! h7 P
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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彎曲，當(dāng)把那個重物移開時，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，會產(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)，因為車架最怕在正常騎乘時發(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)。
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, Z H% m+ |# C( b v. v. \3．重量(WEIGHT)除了強度和剛性之外，重量也是一個議題。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
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0 b/ q" x v2 v' s6 B5 K! z4 W 彈性系數(shù)(剛性) 強度 (降伏點 ) 重量(千克/立方米) 2 w7 U6 h. K8 T7 }- ?5 O: N/ d
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% X. i$ ]1 s8 s) C鋼材
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鋁合金 $ [2 i7 ^/ y5 y4 s
10-11 11-59(4-22退火后) 2700—3200 U T9 k) c8 Z" H' c9 o F
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z( n) k( b: t鈦合金
6 w9 {; T: T, P! _ 15-16.5 40-120 4500—4700 8 {8 S( G: F0 O( l9 ]# g
; t, M, Y K) u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，從大賣場的廉價單車到價值數(shù)千美元的單車都有相同的彈性系數(shù)30，以及490的重量。
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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)實的。當(dāng)然實際情況下沒有人會這樣做車架，所以這個結(jié)論也就是不客觀的了。
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關(guān)于鋁 鋁作為一種在運動自行車上使用最廣泛的材料，最大的優(yōu)點就是他的重量。鋁的剛性和強度都很低，但是鋁可以通過增加單位體積上的材料來彌補這一缺憾，而重量仍然不大。另外相對于其他的運動自行車的高級材料，鋁的價格很低。目前使用在高檔鋁架上的鋁材（6000系列、7000系列）都是運用在航天方面的高級鋁材。和一般的普通鋁材相比，這些鋁材無論是在強度還是剛性上都有顯著的提高。而且廠家為了保證強度，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(有時會發(fā)白)
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* w# _! M7 Z6 y2 M% \3 a# s以上都是鋁的優(yōu)點，但是這種材料也有兩個致命的缺點。5 l! R6 p- T X7 A
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0 X( ~$ g1 Z8 e( T. I1． 鋁的金屬疲勞性很差，為了說明這一點，我們看下面的幾幅圖。（圖欠奉）
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0 d( p5 \, u s0 D6 T. `3 V: c& o. w8 j/ V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就是騎這種材料制造的自行車時，騎的次數(shù)越多，應(yīng)力發(fā)生的次數(shù)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(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)的使用強度下一個鋁架只能支持2-3年的原因。$ c( s1 p! v6 j/ j n
% {5 M% D# D& X! W$ k( U2． 鋁沒有彈性，無法吸收騎行的震動。用鋁材制作的硬尾車架會把絕大多數(shù)的震動直接傳遞到騎手的身體上。這就使鋁車架坐起來相當(dāng)?shù)念嶔ぃ蓑T的舒適感很差。
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" c& ^2 R4 t5 c" Z1 O' k( O由于鋁的這兩個缺陷，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，這是因為鋁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度，這就使得鋁車架的競賽性能很好（競賽性能當(dāng)然不會考慮選手的舒適程度和產(chǎn)品的使用壽命了）。
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而全減震車就沒有這些顧忌了。由于擁有完全獨立的減震結(jié)構(gòu)用于吸收震動，并加上更為厚實和柔軟的把膠和坐墊，鋁沒有彈性的缺點被完全的中和掉了。另外，鋁較輕的質(zhì)量使得它可以作成更大的截管面積，并在需要強度的地方進(jìn)行局部的補強。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候更有優(yōu)勢。
: i6 t0 A* }7 l# \$ s3 z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：
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1． 加工性能好，鉻鉬鋼是歷史最悠久的自行車素材，對它的研究時間也最長，因此它的加工技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到一個相當(dāng)穩(wěn)定的程度。
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2． 強度大，從上文中我們可以看出相同體積下的鋼材的強度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鋁合金和鈦合金，因此合格的鋼架的強度都可以讓人放心。2 h }7 d6 z2 S% X6 ]9 ^$ c2 Q
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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。因此鋼架不會向鋁架那樣讓人感覺不舒服，特別適合用來做旅行車架。- X' Q+ S# c+ X8 A G
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4． 鋼的金屬疲勞性要比鋁強的多（從上文中的實驗我們就可以看出來了），所以在相同的使用條件下，鋼架的壽命也會比鋁架長得多。
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P0 Y3 k0 W" q7 S# E9 w/ N當(dāng)然，鋼架也有其不可克服的缺點：! w) K* c! x: `; `+ @
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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。這也就是在競賽級別的車架中很少看見鋼架的緣故。; \+ P; N2 S& Z$ G, d
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' m, ?4 ] n2 v' _0 |# _2． 生銹，相對于其他的材料，鋼是比較容易生銹的。生銹會使鋼的強度大幅度的下降，減少使用壽命。所以必須采取種種手段來防止鋼材生銹。2 N+ }$ K7 a* p0 B
) a5 u9 x; U. h! y o' g所以如果不是追求競賽級的重量，又考慮車架的耐用程度的話，鋼架無疑是很好的選擇。+ N, Q [) |" ?3 [+ X* ~4 h
. b" T* I7 a8 C( P& T) ]& q0 {, c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，這真是一個遺憾??！關(guān)于鈦4 q2 \* R& ?0 D4 y; [, j! }, l" e
鈦是一種新興的金屬，這種新材料具有非常優(yōu)越的性能，是制作頂級車架的最好的材料之一。) b% x3 Q& i+ m( f) _$ ^! H
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# g7 H8 ^/ b# J3 M* t1 ]% o: C1． 鈦合金可以制作重量很輕強度又很大的車架，從上表中可以看出，鈦的強度和鋼差不多，但是重量也只有鋼的一半多一點，因此同樣強度的鈦合金車架會比鋼車架輕很多。
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2．鈦合金具有非常好的彈性，這使得它在吸收騎行振動方面功不可沒。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。
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3． 在正常的條件下，鈦幾乎不會發(fā)生腐蝕的現(xiàn)象。$ W5 A. F9 Q7 {( V+ W; C" L
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有其利就回有其弊，鈦合金也有其不可避免的缺點，目前來說最頭痛的就是一個字：貴??！
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按照金屬的含量來說，鈦其實并不是稀有金屬。可是自然狀態(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，和空氣接觸后馬上變成二氧化鈦，而二氧化鈦硬而脆，該部分的強度會不斷下降。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的鈦合金車架的價格大概在數(shù)千元，而如果象AIRBONE或者LITESPEED的鈦架的價格甚至上萬。但是如果考慮到鈦架的使用壽命，這個價格也就不會感到那么離譜了。$ t; B9 [0 `- Q- g; m0 d' Y
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關(guān)于碳纖
0 q1 w" P& z ~* w: w$ O( H, D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)秀材料的種種缺點在被逐漸克服。比如德國的K車架就使用了高級的16K的碳纖維，這種碳纖維的強度甚至超過了鋼材，并且擁有終身保用的質(zhì)量承諾。- P) R0 ?& z( ~
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一般來講，碳纖維作為自行車的材料擁有以下幾個特點：
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: h, n3 e6 D9 `4 W1 f) N1． 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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4 {% q' C% ~ R( _: i( Z2． 吸收沖擊性能好。碳纖維可以有效的吸收震動，并且保持很好的剛性。這種特點使得它成為很好的競賽級的材料。
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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力學(xué)作成風(fēng)阻極小的車架。
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! X& V$ b* [0 ~. T. F1 R" |; A& X! }目前這種材料的毛病主要是以下兩點：1 l9 G3 [* e* r4 i5 W3 V
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1．復(fù)雜的應(yīng)力計算。構(gòu)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(jìn)行復(fù)雜的應(yīng)力計算(縱剛性、橫剛性)，根據(jù)計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． 價格昂貴，和鈦合金相比，碳纖維車架的價格有過之而無不及，向頂級的碳纖維車架的價格都要上萬，而科那哥的C40和C50的價格甚至超過2萬元。這主要是因為碳纖維車架的制作過程需要很多的手工，并且報廢率很高，造成成本的大量上升。
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發(fā)表于 2011-4-11 14:05:42
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