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車(chē)架材料的介紹
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(lái)了),所以在相同的使用條件下,鋼架的壽命也會(huì)比鋁架長(zhǎng)得多。
當(dāng)然,鋼架也有其不可克服的缺點(diǎn):
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(jìng)賽級(jí)別的車(chē)架中很少看見(jiàn)鋼架的緣故。
2.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(lái)防止鋼材生銹。
所以如果不是追求競(jìng)賽級(jí)的重量,又考慮車(chē)架的耐用程度的話,鋼架無(wú)疑是很好的選擇。
但是需要指出的是,目前國(guó)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,而意大利科那歌的鋼架則要上萬(wàn)。另外由于人們對(duì)鋁架的偏愛(ài),使得鋼架難以銷(xiāo)售。隨著國(guó)內(nèi)的自行車(chē)巨人——中華自行車(chē)公司的倒閉,好的鋼架在國(guó)內(nèi)幾乎絕跡了,這真是一個(gè)遺憾。
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(chē)架的最好的材料之一。
1.鈦合金可以制作重量很輕強(qiáng)度又很大的車(chē)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(chē)架會(huì)比鋼車(chē)架輕很多。
2.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(méi)。用鈦合金制作的車(chē)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(wú)限的使用壽命,也就是說(shuō)購(gòu)買(mǎi)鈦合金車(chē)架是一種一勞永逸的方法。(笑)一般來(lái)說(shuō),在專(zhuān)業(yè)的使用條件下,鋁合金車(chē)架的使用壽命是 2年,鋼車(chē)架是8年,而鈦車(chē)架則可以達(dá)到20年左右。
3. 在正常的條件下,鈦幾乎不會(huì)發(fā)生腐蝕的現(xiàn)象。
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(lái)說(shuō)最頭痛的就是一個(gè)字:貴!
按照金屬的含量來(lái)說(shuō),鈦其實(shí)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(guò)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(shuō)的Tig焊接是:(Tig:鎢、惰性氣體的略語(yǔ))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(chē)架價(jià)格很貴。一般國(guó)產(chǎn)的航輪和寶鈦的3/2。5的鈦合金車(chē)架的價(jià)格大概在3000元左右,而如果象AIRBONE或者LITESPEED的鈦架的價(jià)格甚至上萬(wàn)。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。
碳纖維作為一種高科技材料使用在自行車(chē)上是最近十年的事情。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)碳纖維并不是單純的碳元素,而是碳元素經(jīng)過(guò)編織加工后利用環(huán)氧樹(shù)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(shù)脂甚至?xí)陉?yáng)光下分解。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(guó)的K車(chē)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(guò)了鋼材,并且擁有終身保用的質(zhì)量承諾。
一般來(lái)講,碳纖維作為自行車(chē)的材料擁有以下幾個(gè)特點(diǎn):
1.極輕的重量:1200克左右的碳纖維公路架已經(jīng)到處可見(jiàn)了。由于碳的質(zhì)量?jī)H有1。6克/立方厘米,所以制作1公斤左右的車(chē)架已經(jīng)不在是夢(mèng)想。
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(jìng)賽級(jí)的材料。
3.可以制作各種形狀的車(chē)架。和一般的金屬車(chē)架的制造過(guò)程不一樣,碳纖維車(chē)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(shù)脂進(jìn)行粘固。這種制作過(guò)程可以利用空氣動(dòng)力學(xué)作成風(fēng)阻極小的車(chē)架。
目前這種材料的毛病主要是以下兩點(diǎn):
1.復(fù)雜的應(yīng)力計(jì)算。構(gòu)成碳纖維車(chē)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(lái)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(shuō)你橫摔豎拍不要緊,就怕的是橫摔豎拍的過(guò)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。
2.價(jià)格昂貴,和鈦合金相比,碳纖維車(chē)架的價(jià)格有過(guò)之而無(wú)不及,向頂級(jí)的碳纖維車(chē)架的價(jià)格都要上萬(wàn),而科那哥的C40和C50的價(jià)格甚至超過(guò)2萬(wàn)元。這主要是因?yàn)樘祭w維車(chē)架的制作過(guò)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。
從外觀上我們可以很容易的把這幾種材料的車(chē)架區(qū)別開(kāi)來(lái)。風(fēng)格粗獷,造型狂野的是鋁架。
管體纖細(xì),骨感十足的是鋼架。而那沒(méi)有任何涂裝,渾身散發(fā)著金屬光澤的就是鈦架。碳纖維的表面則覆蓋著各種3D布的表層,極具現(xiàn)代感。
最簡(jiǎn)單的說(shuō):
一般而言,鋁架比鋼架要輕一些,但是鋼架比鋁架要吸震,更舒適一些
目前的車(chē)架重量看,鈦合金雖然強(qiáng)度高,但受到剛度的限制以及工藝水平,重量再輕不易實(shí)現(xiàn)而且成本高。
要知道現(xiàn)在鈦合金已經(jīng)超過(guò)¥1000/kg,而且加工費(fèi)比鋼、鋁高出5倍以上,所以看到便宜的鈦合金車(chē)架還是去搶吧。β21s是目前強(qiáng)度最高的鈦合金,但是工藝性極差,做車(chē)架還是別想了。
鈧鋁合金有很多種,加入微量稀土元素鈧后,鋁合金的晶粒進(jìn)一步細(xì)化,強(qiáng)度、塑性會(huì)有很大改善。自行車(chē)上的鈧鋁合金推測(cè)可能是加入鈧的鋁鋰合金,密度是鋁合金80%。強(qiáng)度等其它尺寸和普通鋁架應(yīng)該差異不大,騎行感受也不會(huì)有太大差異。
簡(jiǎn)單說(shuō)一下鋼架和鋁架的本質(zhì)區(qū)別。
無(wú)數(shù)人說(shuō)鋼架比鋁架更能過(guò)濾細(xì)小的振動(dòng),原因在哪里呢?
每個(gè)結(jié)構(gòu)都有其自身的振動(dòng)特性,常用固有頻率和剛度表示。如果一個(gè)結(jié)構(gòu)的固有頻率低,那么對(duì)高過(guò)此頻率的振動(dòng)基本無(wú)法響應(yīng),通俗點(diǎn)說(shuō)就是高頻小行程沖擊對(duì)它沒(méi)用。剛度和固有頻率基本是反比關(guān)系,當(dāng)然是幾何尺寸結(jié)構(gòu)相同的條件下。
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