TA的每日心情 | 慵懒 2011-6-10 02:20 |
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发表于 2009-10-23 15:50
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介绍一下不同材质的车架材料:铝合金,钪合金,钢,钛,和碳纤维
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介绍一下不同材质的车架材料:铝合金,钪合金,钢,钛,和碳纤维
先说铝合金:
铝合金是纯铝中加入Mg,Zn,Si,Cu等金属的合金。铝本身具有轻量、可塑性好、耐腐蚀等优点,加入其他金属后显著提高了机械性能。
自行车所使用的铝合金多数为
6000系(Al-Mg-Si)和7000系(Al-Zn-Mg-Cu)两种,
经过热处理(铝耐高温,在高温下能改变性质)可以制成名种各样的材料。
6000系被认为是耐腐蚀、强度好、焊接性也好的材料。
7000系是铝合金中最强的材料。尤其是7075是特超硬铝(制造飞机的材料),但是它的焊接难度大,耐腐蚀性差(会发白)等。
2 铝合金车架的优点
(1).可以制作重量轻的车架
铝的比重轻但不够硬,为了增强强度把它制成合金并施予热处理。热处理采用时效析出增强法,简单地说,在金属内形成一种妨碍金属变形的物质。在某种高温下进行热处理时,会引起时效析出,若没有经过这个程序的车架,也会引起常温时效。就是说把车架放置在房间内也会逐渐变强。
许多铝合金制车架用6061T6材料来制造。T6标志表示经过热处理、时效。若没有热处理的话强度只能达到1/2,或者1/5的程度。
有7075标志的自行车零件(如XTR曲柄等),严格来讲没有经过热处理。也就是说因没有时效,因此是常温时效。7075合金本来就必要进行热处理,通过热处理其强度可以增加5倍。
另外,7005合金也常用来制造车架,它的强度比不上7075,但是它在常温下也能够进行足够的时效的材料。这种材料也可用Padded加工制成薄料。但是材料本身的强度及杨氏弹性模量低,因此加粗管道直径来提高刚性。通常被称作铝制粗管道的是这种类型。
(2)长时间使用外观不怎么变化
铝本身是很容易受腐蚀的金属,在空气中几乎不存在没有被氧化的铝,放置在空气中马上被氧化而形成很薄的氧化膜。为什么不生锈呢?原因是该氧化膜达到一定的程度时防止继续生锈。该氧化膜几乎是无色因此外观上不容易发现变化(有时会发白)。
另一方面,骑这种材料制造的自行车时,骑的次数越多,应力发生的次数也高,强度也显著引起变化。近来为了谋求轻量,许多车架使用薄料来制作(薄的程度已达到极限)。这些都是使用没有疲劳极限的铝合金来制作车架,到底长时间使用后强度变化将是如何呢!Dedacciai公司制作的SC61-10A等是表面施有喷丸硬化加工(KET处理)的管道,这种加工的目的是延长疲劳的寿命。根据公开的数据,能提高140%。,KET处理是:疲劳破坏是在金属表面上所发生的裂缝为起因,因此用硬化加工技术来提高金属表面的硬度。
3 铝合金车架的缺点
1).铝是弹性率及刚性低的材料。因此采用粗的管道,或者改变形状如cross-over管、padded管等。
(2).需要进行热处理
必须进行热处理,否则强度不够。因此一般的规模不大的工厂无能力购买热处理设备。尤其是6000系的铝合金管,多数情况是管道厂家指定热处理条件。
4 几种车架材料的机械性能的数值比较:
(1) 密度:
用在自行车上的材料 密度(g/cm^3)
铬钼钢(低合金钢) 7.9
铝合金 2.6-2.9
钛 4.5
钛合金 4.3-5.1
自行车上最常见的铝合金型号
6000 7000 7075 7005 6061 2093 2000 6061高\低成色 原色矿石铝合金 阿伯其铝合金
一、分类 :展伸材料分非热处理合金及热处理合金
1.1 非热处理合金:纯铝─1000系,铝锰系合金─3000系,铝矽系合金─4000系,铝镁系合金─5000系。
1.2 热处理合金:铝铜镁系合金─2000系,铝镁矽系合金─6000系,铝锌镁系合金─7000系。
二、合金编号:我国目前通用的是美国铝业协会〈Aluminium Association〉的编号。
举例说明如下:1070-H14(纯铝)
2017-T4(热处理合金)
3004-H32(非热处理合金)
2.1第一位数:表示主要添加合金元素。
1:纯铝
2:主要添加合金元素为铜
3:主要添加合金元素为锰或锰与镁
4:主要添加合金元素为矽
5:主要添加合金元素为镁
6:主要添加合金元素为矽与镁
7:主要添加合金元素为锌与镁
8:不属於上列合金系的新合金
2.2第二位数:表示原合金中主要添加合金元素含量或杂质成分含量经修改的合金?BR>0:表原合金
1:表原合金经第一次修改
2:表原合金经第二次修改
2.3第三及四位数:
纯铝:表示原合金
合金:表示个别合金的代号
"-″:后面的Hn或Tn表示加工硬化的状态或热处理状态的链度符号
-Hn :表示非热处理合金的链度符号
-Tn :表示热处理合金的链度符号
6061和7005的技术指标相接近,7005比6061更硬,且可以抽制db不等管,山地车架极端轻量15寸可做1400多克,公路车架可做到48架高1200多克,据说经过7道延展工艺后的tb管还可以令车架再轻100到150克。
从98年开始,台湾就在研究一款比6061和7005更好,但比钪合金更便宜的铝材料来做车架,后来就诞生了u6(6063铝合金),u6并不是6000级铝族的一个延伸,这仅是其一个代号,据说还有个别名,这种铝材的强度重量比和7005更高,但不如钪合金铝,但是材料中由于添加成分不同,所以铝材居然具有了新的特性,也就是具有了一点弹性,这种铝生产车架也不会产生类似6061和7005的死硬,用于攀爬车架的时候,后叉的这点弹性可以避免车架更容易遭受冲击的直接伤害,将冲击力度花费在轻微的金属型变上,目前国内最著名的两家攀爬车架公司深圳的echo和石家庄的speed-race,都使用u6铝合金生产其出口级铝架。另外还有些比如闪电s-work采用的特殊铝材(有人称其为u7),以及目前最新的加入了钛敲击声如陶瓷的KINESIUM合金.今年年低或者明年,还可能会出现u8合金,现在正在研制中。7075是可以焊接的但难度极大,使用4000号焊条,但是这种焊条的强度不足,只能用于焊车架过线器等部位,所以目前7075不适合规模化做车架。
7075目前台湾已经开始生产,过去是美国军方的一种机密金色,用于做战斗机外壳,铝中添加了大量的锰,使得硬度非常的高,但是脆性也是非常的大,其金属具有特殊的分子方向型,这种方向性成就了这种合金的朝硬度,所以这种铝不适合用于铸造件的生产,通常是金属合成后,锻造在cnc切割,以保持其金属分子方向性。目前世界上只有几个不多的工厂可以对其进行铸造保持分子方向性,如德国的西塔公司,就能铸造生产7075龙头。U6就是6063,mega-lite6066铝合金,具有比u6更好一点的弹性,speed race出口车架在204将会使用;另外,pulo车料在展会也展出了U6pro,基本上已经是u7,明年可能会出现u8。
铝合金型材生产包括熔铸、挤压和氧化三个过程。
1.熔铸是铝材生产的首道工序。主要过程为:
(1)配料:根据需要生产的具体合金牌号,计算出各种合金成分的添加量,合理搭配各种原材料。
(2)熔炼:将配好的原材料按工艺要求加入熔炼炉内熔化,并通过除气、除渣精炼手段将熔体内的杂渣、气体有效除去。
(3)铸造:熔炼好的铝液在一定的铸造工艺条件下,通过深井铸造系统,冷却铸造成各种规格的圆铸棒。
2、挤压:挤压是型材成形的手段。先根据型材产品断面设计、制造出模具,利用挤压机将加热好的圆铸棒从模具中挤出成形。常用的牌号6063合金,在挤压时还用一个风冷淬火过程及其后的人工时效过程,以完成热处理强化。不同牌号的可热处理强化合金,其热处理制度不同。
3、氧化:挤压好的铝合金型材,其表面耐蚀性不强,须通过阳极氧化进行表面处理以增加铝材的抗蚀性、耐磨性及外表的美观度。其主要过程为:
(1)表面预处理:用化学或物理的方法对型材表面进行清洗,***出纯净的基体,以利于获得完整、致密的人工氧化膜。还可以通过机械手段获得镜面或无光(亚光)表面。
(2)阳极氧化:经表面预处理的型材,在一定的工艺条件下,基体表面发生阳极氧化,生成一层致密、多孔、强吸附力的AL203膜层。
(3)封孔:将阳极氧化后生成的多孔氧化膜的膜孔孔隙封闭,使氧化膜防污染、抗蚀和耐磨性能增强。氧化膜是无色透明的,利用封孔前氧化膜的强吸附性,在膜孔内吸附沉积一些金属盐,可使型材外表显现本色(银白色)以外的许多颜色,如:黑色、古铜色、金黄色及不锈钢色等。
铝合金的牌号代表了他们的强度,强度越高越好,但强度与工艺也有关,比如T6之后的6061-T6的强度与SS400有相同的相许应力,也就是说其硬度可能大于没有T6的7075,而且CNC的强度更大,比如SHIMANO的XTR曲柄严格来讲没有经过T6,所以即使是用了7075CNC的盘片和曲柄,还是有人说TV的比它硬......一般是牌号越大,就越硬.不过像2014 2024的是超硬铝.1,3,4系属非热处理铝,6061不能CNC,这里不谈这些.拿LZ的7005来说,7005铝是由Al-Zn-Mg-Cu合成的,密度2780KG/M3,在加工上,7005液相线温度是643C‘,固相线温度是604C‘,退火温度是345C‘400C‘ T53:挤压机淬火后,先以自然时效72h而后人工时效60-110C‘要8h 145-155C‘要16h.但是7005如果热处理不妥,会有应力腐蚀.不过LZ用7005的也很不错了.....
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