[转帖]自行车车架面面观之一——材料

自行车车架面面观（转载）第一篇
　　曾有人将车架比喻成武士的刀，刀是武士的生命，而车架则是自行车的灵魂！因此，认识车架成为单车入门与购车须知的第一章。理想的车架强调重量轻，强度够，刚性好，加工品质好以及适合骑乘者的几何角度设计，可见车架的学问不少。
车架材质比较
　　你想买车吗？你知道怎么挑选适合自己的车架吗？除了依据本身需求与用途选择适合车种的车架外，不同材质的选用会影响车架的重量、刚性、强度、骑乘感受，外观以及价格。近几年来碳纤维车相当热门，很多人都一味赶流行而花大价钱买碳纤维车，但是，强调轻量的昂贵碳纤维真的就是最好、最适合的车架吗？为了打破材质的迷思，大家必须先了解各种车架材质的特色及其优缺点比较。
　　车架材质从最早的铬钼钢、进化到铝合金、然后是复合材质的运用，如碳纤维，其它还有钪合金，镁合金，钛合金等，业者不断研发新材质配方、提升管件与结构设计能力并创新加工技术，只为了让车架更轻，更强，更舒适且更流线美观。密度理决定车架重量的关键因素之一，密度愈低，车架可以做到愈轻，铬钼钢（低合金钢）的密度为7.9，铝合金为2.6－2.9，钛合金为4.3－5.1，碳纤维复材1.6，镁合金1.7，由此可知铬钼钢的密度最高，碳纤维复材最低，然而车架除了重量外，还要考虑拉伸强度、弹性系数，所以虽然密度低，但强度不够也不行。
　　一般来说，车架刚性决定于材质的弹性系数，钢的弹性系数为30，铝为10－11，钛为15－16.5，因此当管径.壁厚相同时，铝车架的刚性只有钢车分之架的三份之一，钛车架的刚性也只有钢车的二份之一。
　　车架强度
　　则由材质的降伏强度（YIELD　STRENGTH）决定，降伏强度和车架管材的品质，热处理制程及合金成份都有很大的关系。铝的降伏点（YIELD）仅11－59，钛40－120，钢46－162，相较之下铝材质显得较脆弱且易损坏，在实际设计上，每台车架的管材径大小会决定车架刚性、强度与重量，管材壁厚也会影响车架强度与重量。一台最适合设计的车架有些地方强调刚性、有些地方要强度、有些地方要吸震，因此必须在不同功能诉求的部位用对适合的材料，而不同材料的结合技术也是车架业者的一大考验。
　　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。然而现今许多合金钢材已可在刚性、弹性系数、传动性、稳定性上得到很好的效果，唯一美中不足的依旧是重量重。钢材中以铬钼钢最普遍，其强度高且易于抽管加工。钼可使钢的强度提高、防止回脆性；铬可使钢耐腐蚀、抗锈及防止高温氧化。许多手工钢管车拥护者最推荐的就是其极佳的路感与适合长途骑乘的舒适优点，诚如钢管老饕所言：钢管恒久远，一台永流传!适合用在BMX竞技车、长途旅行车与载重车。
　　

　　REYNoLDS 953不锈钢
　　是由英国百年管材老厂REYNoLDS（雷诺）所推出的，原始设计是为了要符合国防工业的需求，不仅要能承受强大撞击力、耐腐蚀，还要不易疲劳。从其物理特性来看，REYNoLDS 953与钢的差异很大，它的张力强度可达2000MPA，非常接近TORAYT700碳纤维复材的2500MPA，几乎达到了钛合金的两倍，由于其超高强度与几乎装甲钢板的耐撞击力，PEYNOLDS953管材可以薄到像晶圆般的0.3MM。

　　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，要轻可以批管材抽得极薄，要强也可以利用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。铝合金车架于1990年初开始流行，1995年以后才开始普及，铝合金适合用在竞速、ENDURO与DOWHILL车款上。巨大技术中心指出，相较于AL7005会有应力腐蚀与焊接热裂的问题，AL6061在使用上与制程上皆较稳定，但熟处理较复杂。

　　碳纤维
　　不是金属，而是一种复合材质，利用碳纤维丝编织成布，经过预浸树脂的过程成为预浸布，再将预浸布裁型然后叠层并入模加熟成型，可依需要制成各种形状的车架。其特性是轻量、较具弹性（吸震性）、骑乘感稳定、长途循迹持续感佳、舒适性高、工艺变化多，但表面硬度不佳，当施予之外力高于其破坏强度时，会造成断裂。再者，近年来由于碳纤维需求大增，造成材料短缺，因此价格居高不下。碳纤维的拉伸强度强，但剪断强度弱，加工时需要进行复杂的应力计算（纵刚性，横刚性），根据计算把碳纤维片重叠成型，一般常提到的高模数（HIGHT　MODULE，HM），指的是高抗拉伸强度的碳纤维材料。目前碳纤维管材的成型方式有一体成型、3D编织射出以及所谓的管对管（TUBE　TO　TUBE）方式，未来趋势将朝整合一体成型搭配管对管的最适化设计发展。
　　目前市场上已研发出奈米碳纤维技术，舍弃普遍运用于一般碳纤维的EPOXY环氧甚基树脂，改用一种胶合碳纤维织布的特殊奈米材，并号称可以使车架耐冲击的性能足足比传统碳纤维材质提升40%!一般来说碳纤维材质较适合运用在要求风阻较小的计时赛车上。
　　
　　钛合金
　　的特性类似铝合金与碳纤维的综合，它有类似碳纤维的弹性，且耐腐蚀不生锈、骑乘感佳，但缺点是材料成本昂贵，因为钛的提炼与加工过程复杂、焊接技术难度高，因此价格居高不下而无法普遍化，多用于小管径的车架。一般车架多用采用3AL.2.5V或6AL－4V的钛合金。

　　镁合金
　　镁合金的密度为1.7是铝合金的2\3，钢的21%，其轻量化的优点十分明确。此外，镁合金材料具有强度\重量比佳.耐冲击、耐磨、可回收（镁可回收成为二次金属）以及吸震性佳的特性，使得骑乘感更加平顺、舒适。然而镁合金高危险性金属，易腐蚀且易氧反应，在制造过程中若未经有效控制，未先预热，则易有燃烧爆炸的危险。除了重量与强度外，镁合金超优的吸震性才是它最吸引人的特质，在5000PSI下，镁的吸震效果是铝的25倍!市场上以美利达的镁合金车最具代表性，美利达的镁合金于1999年导入量产，2002年更夺下世界冠军，骑乘感效率与性能备受肯定。PINARELLO采用镁合金AK61与高超的镜面表面处理技术制造的DOGMAFP镁合金顶级跑车锋头也很健。


　　钪合金（SCANDIUM）　
　　事实上应该称为铝钪合金，是在铝合金加入千分之一的钪而成，钪合金的结晶非常细，比7005铝合金不要小100倍，因此加工容易且不易产生龟裂；再者，钪合金的抗拉强度可达480MPA，比7005铝合金（340MPA）强50%，且可焊接。台湾以穗高FASTRAX的钪合金车架最著名，FASTRAX也帮许多欧洲品牌代工，FASTRAX采用航太奈米级科技材质， SC－7000系列的铝钪合金管材，（AL7050＋钪）应用于车架主结构体，可大幅提升管材的强度与刚性，且改善7000系列因焊接而产生热裂的现象，具优异的机械性质。


　　FUJI　A6
　　是FUJI独家在6061铝合金中添加了镁、矽、铜以及另一种特有元素所组成的新管材配方，FUJI宣称比一般铝合金的强度与韧性增加了35%，并透过特殊加工方式成型与焊接，比7005铝合金更轻、更耐用，管材特殊的分子能滤掉从轮组传导来的震动。
　　
　　E1
　　是陇意科技与中科院共同研发成功的超轻铝合金新材质，属AL7000系列，需经特殊焊接方式与抗应力的熟处理，E1公路车车架重量不仅低于1公斤（0.97 KG），材质强度更可达510MPA以上，降伏强度（YIELD　STEENGTH）达420MPA，车架只比钪合金车架重30公克，不但兼顾轻量与强度，价格更是具竞争力。

先顶了再看

报告大王
LS滴纯水
我是看了再顶滴

顶大王的帖子

要是厂家能提供准确材料的技术参数就更好啊~

顶

报告大王
LS的都是水滴
我是背完了再顶滴~~

楼上的全属乱说，我是看了标题的你看我多诚实！