1、小弟兼玩摩托車和自行車，但是因為國內摩壇水平不高和文化不發(fā)達相比自行車產(chǎn)業(yè)在中國的興盛，所以對自行車的只是還是比較了解的，反觀摩托車知識類的不管是車身構造、材料、規(guī)格等等的星系，基本找不到，有也只有簡單的。我想找，根本找不到，很窩火，最近開始觀察外國車，了解到小日本的車廠對鋁合金材料蠻喜歡、相比歐洲方面的傳統(tǒng)車廠則喜歡鋼管車架，就像杜卡迪。鋁pk鋼，忽然覺得很有意思。 鋁pk鋼在自行車方面也是一個很有意思的選擇，鋼相比較鋁更重，但是剛性好，騎行感覺好但是重，用人力驅動當然要越輕越好，所以大部分鋁車架取代了鋼車架，鋼車架要做到與鋁相仿的重量就必須要用硌鉬鋼管抽管，只是這樣的成本會很高，不好普及，

2、總之各有各好，一個是輕量化和成本低，易維護（鋼易生銹，抽管的鋼管薄，銹穿了影響車架受力，架子就廢了），鋼車架騎行感覺好（這也是杜卡迪堅持用鋼管車架的原因，只要車架幾何角度合理行車穩(wěn)定性是其他材料無可比擬的）。想到曾經(jīng)入門自行車的時候，看過一個自行車車架材料的相關知識貼，于是就拷過來科普下，原理都是一樣的，大家可以有選擇的了解對摩托車有用的內容。相信大家看完這篇帖子大概也能明白為什么有的一個自行車車架比用20#鋼管的摩托車還貴的原因了，一分錢一分貨，自行車的科技含量和材料發(fā)展水平摩托車可望而不可及。摩托車本來就發(fā)展自自行車，論輩分摩托車是兒子，所以兩者是有很多共性的，因此才引用了自行車車架方面的

3、相關知識。正文開始，認識自行車材料自行車的材料有已往使用的鉻鉬鋼以外、還有鋁、鈦、碳纖、鎂等不斷出現(xiàn)新材料。出現(xiàn)了不少用這些新材料制成的車架。關于金屬合金材料的書很多，但是不是專門介紹自行車的材料，在此簡單介紹自行車的材料，供車友們參考。(此內容是一位海外的自行車運動愛好者于2000年所寫的內容的摘要)。材料的常用知識首先了解一下金屬材料的常用語。應力以及變形(1).應力的定義=負荷/斷面積(即：單位面積上所能承受的重量)雖然負荷大，但是可以增加厚度來降低斷面積上的應力。從這里也可知為什么鉻鉬鋼、鋁、鈦管的厚度不同。(2).受應力之后，用于車架的材料會變形。其變形可分為彈性變形和塑性變形。彈性

4、變形：雖然變形，但是除去應力后恢復原狀。塑性變形：變形后除去應力也無法恢復原狀。(3 .彈性率：彈性率所指的是像彈簧一樣變形的材料的低抗程度。彈性率高的材料硬，承受負荷后變形也少；彈性率低的材料較軟，承受負荷后變形較多。作為自行車的材料，有些部位需要變形多些，有些部位需要變形少些。彈性率以楊氏彈性模量來表示。數(shù)據(jù)越大彈性率越高。下表為自行車的各種材料的楊氏彈性模量。楊氏彈性模量用在自行車上的材料楊氏彈性模量(GNm-2)鉻鉬鋼(低合金鋼)200-207鋁合金69-79鈦116鈦合金80-130碳纖70-200鎂合金41-45從上表可知鉻鉬鋼的彈性率最高，鎂合金的彈性率最低。彈性率將決定材料剛性

5、的強弱，對自行車來說該數(shù)據(jù)是很重要的。屈服強度、拉伸強度屈服強度：是彈性變形的極限，也叫屈服點。增加應力到一定程度時成為塑性變形，也就是變彎了。拉伸強度：指的是增加應力到一定程度時不單是成為塑性變形，還被拉斷。自行車材料的拉伸強度用在自行車上的材料拉伸強度(（MPa，N/mm）SCM415 (鉻鉬鋼)834以上6061 (6000系鋁合金)無熱處理的場合 100以上有熱處理的場合(T6)246以上7005 (7000系鋁合金)有熱處理的場合(T6)345以上7075 (特超硬鋁，飛機合金)無熱處理的場合 230以上有熱處理的場合(T6)597以上CPTi (純鈦)有熱處理的場合(T6)597以

6、上用的較多的純鈦為如下：PTT800 800Grade4 588753UTT75 7533-2.5Ti（Al2.5V Ti合金）685以上6-4Ti （AlV Ti合金）有熱處理的場合 (時效)1160無熱處理的場合 980密度密度是單位體積的重量。密度是決定車架的重量時重要因素之一。設計輕的車架時不可勿視的數(shù)據(jù)。但是密度小不等于車架輕。用在自行車上的材料密度（g/cm3）鉻鉬鋼(低合金鋼)7.9鋁合金2.6-2.9鈦4.5鈦合金4.3-5.1碳纖(CFRP)1.5-1.6鎂合金1.7從上表可知鉻鉬鋼密度最高，鎂合金最低。密度低的話，可以制作輕車架，假若這樣認為的話只講對了一半。還要老慮拉伸強

7、度、彈性率等因素。雖然密度低，但是強度不夠的話也不行，密度低1/3不等于重量也輕1/3。增強材料重排：所指的是在金屬結晶中會產(chǎn)生的移動現(xiàn)象(原子間存在間隙，使結晶移來移去)。發(fā)生重排現(xiàn)象時金屬會變形。強化材料也就是想辦法制造出不要發(fā)生重排現(xiàn)象的結構。在此介紹4種強化材料的方法。固溶體強化、析出強化、通過硬化加工來增強、結晶體的微細化來增強。固溶體強化在鐵等母體材料中熔入鉻、鉬等，使母體材料變成不同半徑的結晶構造。此時的原子稱為固溶體。在此舉個例來說明這種現(xiàn)象。比母體的原子半徑小的原子進來時發(fā)生的現(xiàn)象。在電梯里已有9位大漢子已相當擁齊，此時進來了小孩，為了防止小孩被擠壞，漢子們開始靠向四周。比母

8、體的原子半徑大的原子進來時在電梯里已有9位大漢子已相當擁齊，其中有一個人下了電梯，但是又進來了肥胖的大娘，此時漢子們又開始靠向四周。如上述現(xiàn)象在結晶體四周發(fā)生了應力，使得重排現(xiàn)象變小了。利用這個方法的是鉻鉬鋼。析出強化當前，自行車材料中的鋁合金制品普遍受到歡迎。增強鋁的方法將在鋁項目中記述，在此只講強化的原理。固溶在金屬中的添加物，會產(chǎn)生飽和狀態(tài)(不完全溶解)，添加的量超過飽和狀態(tài)時，因未能完全溶解而析出。具體地說，提高溫度時飽和量也增加，完全溶解的瞬間開始慢慢冷卻時，能析出大的結晶。用食鹽來做實驗會看到這個現(xiàn)象，食鹽的場合，急速冷卻時析出細小的鹽結晶，但是金屬一般不會析出，若冷卻速度快時，不

9、會析出而強迫使它固溶。對處于此狀態(tài)下的金屬，逐漸提高它的溫度時慢慢析出。在此需要注意的是過于析出不可，析出不夠也不行，溫度過高、過低也不可以，該溫度叫作熱處理溫度(也稱作人工時效處理)。最理想的是析出的結晶細而均一，從而阻止重排，材料不容易變形。舉個例子：走在森林里，若大樹較多時容易走路(大的析出物)，密密麻麻小樹多的話不容易走(細小的析出物)，和這個道理一樣細小的析出物較難重排。硬度加工來增強的方法對材料進行加工就產(chǎn)生重排現(xiàn)象，也就產(chǎn)生材料的變形。各種材料的重排現(xiàn)象是極為復雜，不在此記述，簡單地說：重排后不是整齊地排隊，而復雜地嚙在一起的話，材料的變形就困難了。如馬路上走路時，走路的人不斷增

10、加(重排的增殖)，就難于前進(重排移動變得困難，從而不容易變形)。利用此方法的有管道拉拔和噴丸硬化(SHOT PEENING)。結晶體的微細化來增強結晶在高溫下完全溶解后，急冷時得到微細的組織。這個過程叫作淬火。結晶變微細后，重排移動的連續(xù)性就難于保持，結果材料得到了增強。(比方：人能活動的范圍變小了)。鉻鉬鋼 （Fe-Cr-Mo）在自行車的100年歷史當中，鐵素材是剛性與重量方面都均衡的理想素材。鐵制車架的最大特征是可在各種成份，各種粗細厚薄的鐵管中，任意選擇所需要的鐵管進行加快。因此可以選擇最適合于的尺寸、剛性、騎感的車架，這對于數(shù)毫米的差異也敏感的老車手來說是很有好處的。它的最大的缺點是

11、比起其它的素材重(過去)。但是最近的鐵素材車架經(jīng)過熱處理，把薄的管道做成粗的管來使用，其重量不會輸給輕的合金。鉻鉬鋼是鉻、鉬的合金。它的性能如下：淬火性好。對回火處理的抵抗性大?；鼗鸫嘈詢A向少。高溫加工性好，加工后美觀。熔接性好。(右圖)BRIDGESTONE ANCHOR的鉻鉬鋼車架，該公司的宣傳用語是與鋁合金制一樣輕，價格約(左)6,700多元，(右)5,000多元。鉻鉬鋼車架的優(yōu)點(1).加工性好鉻鉬鋼的車架是歷史最久的車架，因此對它的研究時間也最長?，F(xiàn)在能做到車架所需強度的極薄的管道。(2).沖擊的吸收性能好騎感極好，如像彈簧般的騎感。構成車架的鉻鉬鋼管道有優(yōu)異的吸收沖擊的性能。(3)

12、.焊接容易鉻鉬鋼比起鈦、鋁焊接容易。可以設計成名種形狀。另外，焊接后也不需要熱處理，因此不需要大型的熱處理設備，成本低。(4).價格便宜雖然有些高擋次的鉻鉬鋼車架價格貴，但一般價格便宜。也可以說，用便宜的價格買到高擋次的車架。鉻鉬鋼車架的缺點(1).容易生銹車架用的鉻鉬鋼含有鉻，但是添加量少(不銹鋼含有12%的鉻)的鐵系合金。若沒有施有表面處理的話，有傷口時容易生銹。但是一般都有進行防銹加工。自行車的場合，管道的肉壓薄，生銹后的影響將會非常大。生銹肉壓減少強度下降(應力集中)。(2).金屬的疲勞顯著(應力集中引起的金屬疲勞)若使用肉薄的鉻鉬鋼車架時需要注意！當然金屬疲勞這個現(xiàn)象任何金屬都會產(chǎn)生

13、包括鋁等在內。金屬疲勞現(xiàn)象簡單地說：金屬雖然具有防止塑性變形的小小的力量，但是反復施加應力時，金屬可能被破壞(被稱為微細的應力集中)。飛機出事時，有時候也是某部分的金屬疲勞引起。對自行車來說，由于金屬疲勞的原故，可能出現(xiàn)強度不能保持。例如，進行DH時產(chǎn)生的沖擊縮短了自行車的壽命。若感覺到踩踏時不那么順利前進時很有可能是金屬已發(fā)生疲勞。焊接部位，如從管道側(母體)到溶融的部位(溶接部)，結晶的特性都會顯著變化。為使這些組織均一化，本來應該再次結晶化(詳細內容后述)。但是車架加工廠不一定有這種大型爐，另一方面，這種加工使已經(jīng)冷卻過的再次硬化，使得變增強的管道的強度降低。由于存在上述原因，焊接時采用

14、各種方法來加工。如利用低溫焊接等方法制造車架。不管是任何優(yōu)秀的焊接，焊接部位(1000C以上)和另管道側(室溫)之間的溫度差，冷卻時收縮而發(fā)生殘留應力。該部位受到應力集中時，可能會產(chǎn)生裂縫。結果自行車騎的時間長時可能會引起金屬疲勞，微觀的硬化加工也使沖擊的吸收性也變得差。鋁合金 （Al-Mg-Si,Al-Zn-Mg-(Cu)）很久以前就有用鋁合金制作的車架。輕而價格低是它的優(yōu)點。但是從輕來說，當前與鐵素材比較相差并不大。老車手對它的反應是雖輕但易彎曲。雖然經(jīng)過多次改進，但是始終克服不了楊氏彈性模量低的缺點。最近的鋁合金車架，為了提高楊氏彈性模量，加大管道外徑，使用扁平管，或者對鋁管進行熱處理等

15、，制造出輕而有剛性的車架，這種最新的鋁合金車架對車手來說，具有足夠的輕量與剛性。鋁合金是純鋁中加入Mg，Zn，Si，Cu等金屬的合金。鋁本身具有輕量、可塑性好、耐腐蝕等優(yōu)點，加入其他金屬后顯著提高了機械性能。自行車所使用的鋁合金多數(shù)為6000系（Al-Mg-Si）和7000系（Al-Zn-Mg-Cu)兩種，經(jīng)過熱處理(鋁耐高溫，在高溫下能改變性質)可以制成名種各樣的材料。6000系被認為是耐腐蝕、強度好、焊接性也好的材料。下表表示使用最多的6061合金的機械強度。7000系是鋁合金中最強的材料。尤其是7075是特超硬鋁(制造飛機的材料)，但是它的焊接難度大，耐腐蝕性差(會發(fā)白)等。下表表示使用

16、最多的7005和7075合金的機械特性。表中的有關熱處理以如下數(shù)字來表示：-0：完全退火-T5：人工時效(無溶體化處理)-T6：溶體化處理后人工時效-T7：溶體化處理后穩(wěn)定化處理-T8：溶體化、硬化加工、人工時效(右圖)i-DRIVE車隊用在XC比賽時的鋁制輕量型車架，價格約2萬元。6061合金的機械特性熱處理伸長強度 (MPa)耐力(MPa）伸長（）剪斷強度(MPa）布氏硬度疲勞強度(MPa）T5190148121196067 T6246218121557367T832602461115582-7005，7075合金的機械特性合金名稱熱處理伸長強度(MPa）耐力(MPa）疲勞強度(MPa）伸

17、長（）E(GPa）7005T53345305130(7003)1074(7003)707502301071631774T6,T6515975261631174鋁合金車架的優(yōu)點(1).可以制作重量輕的車架鋁的比重輕但不夠硬，為了增強強度把它制成合金并施予熱處理。熱處理采用時效析出增強法，簡單地說，在金屬內形成一種妨礙金屬變形的物質。在某種高溫下進行熱處理時，會引起時效析出，若沒有經(jīng)過這個程序的車架，也會引起常溫時效。就是說把車架放置在房間內也會逐漸變強。許多鋁合金制車架用6061T6材料來制造。T6標志表示經(jīng)過熱處理、時效。若沒有熱處理的話強度只能達到1/2，或者1/5的程度。有7075標志的自

18、行車零件(如XTR曲柄等)，嚴格來講沒有經(jīng)過熱處理。也就是說因沒有時效，因此是常溫時效。7075合金本來就必要進行熱處理，通過熱處理其強度可以增加5倍。另外，7005合金也常用來制造車架，它的強度比不上7075，但是它在常溫下也能夠進行足夠的時效的材料。這種材料也可用Padded加工制成薄料。但是材料本身的強度及楊氏彈性模量低，因此加粗管道直徑來提高剛性。通常被稱作鋁制粗管道的是這種類型。(2)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？原因是該氧化膜達到一定的程度時防止繼續(xù)生銹。該氧化膜幾乎是

19、無色因此外觀上不容易發(fā)現(xiàn)變化(有時會發(fā)白)。另一方面，騎這種材料制造的自行車時，騎的次數(shù)越多，應力發(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(薄的程度已達到極限)。這些都是使用沒有疲勞極限的鋁合金來制作車架，到底長時間使用后強度變化將是如何呢！Dedacciai公司制作的SC61-10A等是表面施有噴丸硬化加工(KET處理)的管道，這種加工的目的是延長疲勞的壽命。根據(jù)公開的數(shù)據(jù)，能提高140%。，KET處理是：疲勞破壞是在金屬表面上所發(fā)生的裂縫為起因，因此用硬化加工技術來提高金屬表面的硬度。鋁合金車架的缺點1).鋁是彈性率及剛性低的材料。因此采用粗的管道，或者

20、改變形狀如cross-over管、padded管等。(2).需要進行熱處理必需進行熱處理，否則強度不夠。因此一般的規(guī)模不大的工廠無能力購買熱處理設備。尤其是6000系的鋁合金管，多數(shù)情況是管道廠家指定熱處理條件。鈦、鈦合金（Ti,Ti-Al-V)美國在60年代首次使用鈦合金來制作自行車車架。鈦合金給人的印象是輕而硬。早期的鈦合金車架，作為比賽用車，剛性不足，其車架不適合于長距離賽車，也不是適用于所有的比賽，只適合用在山岳，或者Big reces, Time traial等需要輕型車的特定的場合。開始時鈦合金使一些人著迷，曾經(jīng)有些熱中于輕量化的騎手，把所有的螺絲都換成鈦合金制的才滿意。鈦金屬給一

21、些人錯覺，貴而稀有，實際上鈦是地球上埋藏量豐富的元素之一。只是由于合金的制作成本高，價格才較貴。金屬鈦比重輕、強度大，同時耐腐蝕性高的材料，一般用在特殊的環(huán)境里。在金屬鈦里添加鋁、釩(Li.V)時強度顯著提高，熱處理也和鋁合金一樣通過時效處理可以提高強度。鈦合金的機械性能合金名稱區(qū)分拉伸強度(MPa）耐力（MPa）伸長（）E(GPa）純鈦JIS 3種48062034518105Grade 455048015PTT800800UTT757503-2.5Ti退火685590206-4Ti退火98092014110時效處理1160110010鈦合金車架的優(yōu)點(1).可以制作輕量而強度大的車架純鈦金屬

22、的強度更高。在鈦金屬中添加鋁和釩，彈性更高(和鋁比較)，也有利于設計。(2).不生銹：鈦在一般的環(huán)境下幾乎不會被腐蝕。但是它有另一種腐蝕現(xiàn)象即異種金屬腐蝕。例如，不同種類的合金接合在一起時，成為電極狀態(tài)，電位差使局部通電引起腐蝕。對此現(xiàn)象采取的措施是用脂膏等來絕緣(混有金屬粉末的脂膏，如商品名：Ti Plepu等)。這種金屬粉末防止脂膏流失，即使流失后也用來防止緊密接觸。這種金屬粉末有導電性也不要緊，接觸后被較小的荷重破壞掉。這種現(xiàn)象稱為粘住，它和烘焙是不同的。粘住、咬合：金屬之間通過腐蝕來接合的現(xiàn)象。烘焙接合：加工金屬時所產(chǎn)生的熱量來溶融接合。(3).騎感好鈦也用在避震器的彈簧上?，F(xiàn)在用鈦制

23、成的車架適合于長時間的騎行。有些車手酷愛鈦制車架，認為騎感極佳。但是個人各異，有人和鉻鉬鋼比較后認為，鉻鉬鋼的車架沖擊吸收性比鈦車架好，騎感也比鈦車架好(這和鉻鉬鋼車架的形狀以及用薄的管的結果應力得到增大也有關)。假若鈦管的加工技術得到進一步改進，也許會有和鉻鉬鋼同樣的騎感。有些鈦制車架使人感到搖擺，這也許是使用plane管(沒有加padded的，厚薄不能變化的管)有關?；蛘唠m使用高強度的鈦合金，但沒有用薄的管等也有關系。鈦合金車架的缺點價格高。鈦在自然界以二氧化鈦的形態(tài)存在，提練及加工過程復雜，技術要求高，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

24、二氧化鈦，而二氧化鈦硬而脆，該部分的強度會不斷下降。因此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行弧焊接。鈦的焊接必需隔絕空氣下進行。由于以上原因鈦車架價格很貴。近來有些鋁合金車架比鈦合金車架價格貴，這說明鈦合金車架的價格下降了。其因是冷戰(zhàn)結束后軍費縮小，鈦的用量少了；優(yōu)秀的技術員開始用鈦來制作車架；制作鈦車架的成本降低等原因。碳纖維 （CERP)碳纖維車架的特征是輕、不彎曲、沖擊吸收性好，但是，充分發(fā)揮碳纖維的優(yōu)異性能，在技術上看起來不是那么容易，各碳纖維材料廠家之間的品質差異也較大。自行車廠家考慮到成本問題，不大可能使用高等級的碳纖維來制

25、作車架。雖然存在上述的現(xiàn)實問題，但是碳纖維車架還是具有其它素材所沒有的優(yōu)點，可以制造8、9kg左右的輕量自行車，這種碳纖維輕量自行車，登坡時最能體現(xiàn)其優(yōu)點，登坡順利而爽快。而不會像一些輕的鋁合金車架，登坡時感到有一種向后拉的力量。碳纖維是把碳纖維用樹脂凝固成形的東西。非常輕，但它是具有方向性的材料(拉伸強但容易斷)，因此采用把薄料層層重疊的方法來解決缺點。(右圖)COLNAGO牌的碳纖維車架，2萬多元)碳纖維車架的優(yōu)點(1).可以制作重量輕的車架碳纖維車架是把碳纖維對著發(fā)生應力的方向層層疊而得到強度。碳纖維車架非常輕，這是它的密度和強的拉伸強度構成的。捷安特的碳纖維車架非常輕，2000年的型號

26、1.2kg重(2).沖擊吸收性好碳纖維用來制作殘疾者運動時用的假腿，或者特殊的彈簧等被用在各領域。利用它的吸收沖擊力優(yōu)異的性能，制作不用避震器的自行車。如SCOTT廠的ELEVATED車架是著名的。但是各個廠家之間的品質差異較大，有的很硬，因此這種車架乘騎后才能知道好或者不好。(3).可以制造各種形狀的車架碳纖維的基本成型方法是，在模具上鋪上纖維片然后流入樹脂并燒固。可以制成各種形狀的車架。如TREK的Y車架是著名的。碳纖維車架的缺點(1).復雜的應力計算構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，加工時需要進行復雜的應力計算(縱剛性、橫剛性)，根據(jù)計算把碳纖維片重疊成型。加

27、工技術各廠家各異，應選擇有經(jīng)驗而可靠廠家的制品是很重要的。(2).難于更改尺寸由于作好模具后成型，難于更改尺寸。無法相應多尺寸多款式的訂單。(3).老化？使用樹脂因此會不會老化？這是一個存在的課題，它放置在陽光下時會逐漸變白。當然這種現(xiàn)象關系到廠家的技術。最好不要放置在陽光下。金屬為基體的混合物（M2，MMC)金屬為基體的混合物是在鋁素材中混入陶瓷粉末或者纖維等物體，使它析出增強，制造出強度大的材料。它的強度比鋁合金強許多，是一個新的素材。有的混入氧化鋁粉末。M4指的是再多加入兩種合金，用這種材料制成的車架沖擊吸收性更好。金屬為基體的混合物車架的優(yōu)點(1).可以制作重量輕的車架它和鋁合金比較，

28、拉伸強度大，極薄的管也能保持強度，因此車架很輕。這種輕是有剛性的輕。(2).剛性高如SPECIALIZD的M2車架使人感到很結實，管的直徑也大，剛性也好。金屬為基體的混合物車架的缺點(1).焊接關于這方面的資料很少，看實物焊珠部分正常，但是GUSSET就年年大型化。補強的目的是什么？尚未清楚。陶瓷粉末在鋁母體中均衡地存在，進行焊接時陶瓷粉末能否均衡分散是個非常困難的事，能獲得何等程度的機械強度是大家所關心的事，總之，由GUSSET補強已達到相當?shù)乃健?2).沖擊吸收性差關于這一點很多人有同樣的感覺，前部有避震器因此個人的感覺會有差異，但是后部非常明顯，沖擊力太大，會腰痛的。該材料的車架不適合

29、于長途騎行。但是在時間短的比賽中能發(fā)揮威力。鎂合金鎂的比重很輕(1.74)，約鐵的1/5，鈦的2/5，鋁的2/3。它是不容易腐蝕的活性金屬。它廣泛用在各種領域里，如照相器及電腦的外框、車輛的車圈等配件。通過合金化耐腐蝕性也得到進一步提高。鎂合金車架的優(yōu)點(1).可以制造重量輕的車架它比鋁密度低，可以制造輕的車架。楊氏彈性模量稍微低些，但是可以用加粗管直徑及橢園化等方法來解決。使用鋁合金的目的僅僅是為了減輕重量，將來可能會被鎂合金取代？鈦和鎂的研究課題稍不同，這兩種金屬今后仍然會活躍下去。(2).加工性好鎂制車架加工不會差。切粉的燃燒、爆炸等能夠通過合金元素來回避的話，剪斷、溶接性可能不會差。和

30、鈦比較起來加工性好。鎂合金車架的缺點(1).耐腐蝕性如何？生產(chǎn)鎂車架的廠商都說耐腐蝕性好。但是這方面的資料當前還很少，耐腐蝕性好到何種程度難于判斷。鎂是劇烈氧化的金屬，不小心操作錯了很容易爆炸，純鎂一般不能使用，添加其他金屬(鋁、鋅、錳等)制成合金來使用，制成的鎂合金強度、機械性能都得到提高。有些人曾經(jīng)使用過鎂合金制用具，如摩托車的曲柄套等、他們說：雖然用了很久，但是很好，不會象鋁般發(fā)白。(2).鎂的楊氏彈性模量(決定剛性的因素)比鋁低許多，要增加其剛性管的直徑要大，這可能會影響對空氣的阻抗？。(3).成本如何？鎂已經(jīng)用在筆記本電腦的框體上，用它來制作車架成本將是如何？現(xiàn)在尚未知。鍛造和鑄造制

31、造自行車的部件要經(jīng)過鍛造、鑄造、切削、研磨等加工過程，在此簡單介紹鍛造和鑄造。鍛造：鍛造是把棒狀、板狀等的鐵錠加熱，然后用錘子打，或者用油壓等加壓成形。用這個方法加工的比起鑄造在拉伸強度、粘性強等方面好許多，可以制成非常好的制品。強度大而薄，材料的浪費也少。是一個很好的加工方法。如劍是用這種方法加工的。缺點是價格貴，不適合于大量生產(chǎn)，加工復雜形狀的困難等。鑄造：鑄造是把金屬溶融后注入模具中冷卻成形。它的優(yōu)點是可以制造復雜形狀的物體，適合于大量生產(chǎn)，價格便宜。如壓鑄加工可以制造強而復雜形狀的制品(照相器的機體、鋁制車圈等等。但是強度遠遠比不上鍛造。不能進入模具部分的材料浪費(當然這些材料以循環(huán)使

32、用)。鍛造鑄造單件的成本高便宜強度比較強比較弱用在自行車上的制品高級曲柄廉價配件材料和環(huán)境何謂腐蝕：腐蝕是金屬和環(huán)境之間科學地相作用的結果改變了金屬的性質，金屬與環(huán)境，或者構成它們的一部分實用體系機能受到了損傷。簡單地說金屬表面變質了。對自行車來說金屬表面受損傷時會引起生銹，其中鉻鉬鋼車架最為明顯。腐蝕自行車的最大原因是下雨，尤其是酸雨的腐蝕性最勵害。鉻鉬鋼和環(huán)境的關系涂漆加工粗糙以及沒有防銹加工的車架，鉻鉬鋼管表面和涂漆之間開始腐蝕，涂漆部分彭脹起來，或者局部受到腐蝕。若發(fā)現(xiàn)自行車受傷，建議把受傷部位擦干凈并用錘刀搞平傷口，防銹加工后涂漆?？傊畟谑歉g的最大原因。另外，發(fā)生應力多的部位也容

33、易生銹，如焊接周圍，彎曲部位等。廉價的自行車，焊接后沒有熱處理(消除應力退火)就出貨，這種自行車若發(fā)生生銹，局部或整體不斷地腐蝕下去。鋁和環(huán)境的關系鋁從外觀上看起來是相當耐腐蝕的材料。尤其是經(jīng)過鋁表面鈍化處理的強度更大。這種處理是除了美化表面外，在鋁的表面形成的多孔質地-A1203(氧化鋁)，用滾水或蒸氣處理，封住其孔(如禧碼諾XT.XTR)。氧化鋁非常耐腐蝕，不被一般的酸溶解(如鹽酸、硝酸等)，只能溶在氟酸等強酸。它也使用在研磨劑里，不可見它的耐腐蝕性極強。碳纖維和環(huán)境的關系碳纖維含有樹脂因此也可以說耐酸。但是對碳纖維來說應多考慮內在因素，它用樹脂因此樹脂老化的可能性是存在的。碳纖維制自行車

34、不使用時應該避開陽光，日光和環(huán)境的溫度對它的影響最大。鈦和環(huán)境的關系耐腐蝕性極佳(被使用在和原子能有關的部門)，不怕雨水、不怕受傷、沾上水滴也不用抹干凈。用這種材料制作自行車實在浪費？但是鈦也有缺點如前述(異種金屬腐蝕)，如鋁制配件和鈦制配件接合在一起時逐漸被腐蝕掉。除了鈦之外，其他金屬之間也會發(fā)生異種金屬腐蝕，尤其是坐管部位，例如，把鋁制坐管和鉻鉬鋼車架接合在一起而不管它時，接觸面變成褐色，甚至于無法把它們解脫下來。金屬的疲勞度自行車和疲勞制作自行車車架的材料有鉻鉬鋼、鋁、鈦、碳纖等。其中用最薄的管來制作的是鉻鉬鋼車架。它的加工性好，材料便宜，騎感好，但它必需制成薄壁管，這種薄壁的管會有較高

35、的拉伸強度和加工性。鉻鉬鋼的強度較容易逐漸減弱，也就是較容易疲勞的現(xiàn)象表現(xiàn)在如下。(1).同樣的沖擊力加在各種材料上，鉻鉬鋼薄管所發(fā)生的應力最大(容易發(fā)生疲勞而引起的破壞)。(2).對鉻鉬鋼的研究的歷史較長，最大限制地利用它的特性制成極薄壁的管，應力雖然發(fā)生的各個局部部位，但是對整個管來說會發(fā)生較高的應力。(3).由生銹引起的全面腐蝕將會引起管壁的變化，結果這個現(xiàn)象又提高了應力，引起疲勞破壞。(4).應力集中在局部而生銹、或者外傷引起的凹處，從該處引起疲勞破壞。(5).參加比賽時產(chǎn)生的沖擊，使車架發(fā)生較高的應力，使用的次數(shù)越多，疲勞破壞也逐漸增多。以上主要是針對鉻鉬鋼，但是近來鋁合金制的車架發(fā)

36、展迅速，有許多用薄壁的鋁管制作的車架，它們是否上述的鉻鉬鋼制車架一樣，發(fā)生疲勞破壞呢？尤其是鋁沒有耐疲勞限度，很小的應力也必定會產(chǎn)生破壞。其應力越大破壞所需時間越短?，F(xiàn)在所出售的極薄壁管的鋁制車架，廠家都未明確注明其壽命。焊接和疲勞鉻鉬鋼車架的焊接使用銀焊料的焊片焊接較多。鉻鉬鋼管是在再結晶溫度下焊接，因此管的強度不會降低，也不會變質。但是所使用焊片加重了管的重量。鈦管是使用前述的Tig溶接，焊接時所使用的不活性氣體的水蒸氣、或者不純物體在溶接時混入的可能性是存在的，這些事可能將成為引起疲勞破壞的原因。溶接不良使得應力集中在溶接部位，也會引起疲勞破壞。剛性曾經(jīng)多次提過決定剛性的重要因素是楊氏彈

37、性模量，但是管的外徑也會影響剛性。最大剪斷應力車手騎在自行車上面時，復雜的應力加在車架上面。尤其是轉向握把，或者站立騎行而使車子搖擺時，假若車子的剛性不足時，騎起來很不舒服的。車架的剛性夠不夠往往是在這種場合被議論。在此著重講一講復雜的應力中，在管道上施于扭等動作時的轉矩的情況。在轉矩存在的狀下，最大剪斷應力發(fā)生在管的外周，它的公式加下。在此max是最大剪斷應力，M是給管道的外來荷重，Do是外徑，Di是內徑。所發(fā)生的最大剪斷應力由外來的荷重和管的外徑、內徑所決定。從這個公式可以設想：材料本身固有的數(shù)據(jù)之外，改變外徑、內徑來得到所能承受的最大荷重。下述公式表示管道所能承受的外來荷重。剛性比、重量

38、比在此簡單說明加倍外徑、內徑時的剛性及重量的變化。重量比的計算結果為4倍。2表示外徑、內徑為2倍。剛性比的計算結果如下所述8倍。從上述計算結果可知，改變外徑時重量加大到4倍，強度增加到8倍，效果還是很大的。利用這種方法也有限度的，外徑過于大時對于外來的壓力會增加面法線的壓力成分，如金屬表面容易凹進去(象啤酒的罐般)。車架的壽命車架強度的探索車友們，希望你的自行車能用多久？除非有經(jīng)濟條件許可者追求新款式自行車之外，一般都希望能使用越久越好。在此主要記述影響車架強度的金屬疲勞問題。在前面已講過自行車的金屬疲勞是不可避免的現(xiàn)象。具體地說：影響最大的是，加在管上的應力、管的材料、疲勞極限。設計自行車管

39、道時，增加應力的話，不得不增加管壁的厚度。疲勞極限高而薄管壁的加工方法，目前主要采用Padded加工方法，這種方法是：發(fā)生集中應力的部位如接合部位，按理應增加該部位的厚度，但是不增加厚度，代替它的方法是，減少應力小的管道的中心部位的管壁的厚度。在此舉幾個薄壁管道的例子。高級鉻鉬鋼管：中央部位的管壁厚度為0.5mm。Dedacciai公司的最高級鉻鉬鋼管的管壁厚度為0.4mm。鋁制車架：Dedacciai公司的最高級鋁管SC61-10A的管壁中央的厚度為0.8mm。最便宜的鋁制車架的管道的厚度為1.81.3mm，可見Dedacciai公司的最高級鋁管的厚度多么?。∵@種薄的管使人感到強度行不行呀！鈦制車架：關于鈦制車架有Panasonic的0.6mm厚度。另外，在鈦制車架方面最著名的美國Litespeed公司，該公司的廣告用語是：我們的鈦合金的疲勞壽命可達到鋁、鐵的5倍。作為自行車運動愛好者來說，能夠騎上把管壁加工至極限的薄而輕的車子是可以接受的，但是乘騎的次數(shù)越多，強度越下降，年年要換新的車子的話，薄料的車子有什么用呢，當然專業(yè)選手就不同了，他們有練習用車及比賽用車。是否能夠維持性能特性的車架應成為選擇車架的條件？車架的外觀容易生銹的自行車讓人討厭，雖然小心愛護自行車，但是總是會生銹，愛護車的人看到這種現(xiàn)象很心痛的。