腳踏車架大概要考慮三個因素:一是強度,二是輕量,三是美觀。
鋁合金是目前市場上使用最普遍的材質,優點在於重量輕、短時間的硬度和剛性表現最佳、塑形加工容易、不會生鏽,要輕可以把管材抽得極薄,要強也可利用CNC模具切削做出誇張的外型和驚人的強度。缺點是幾乎沒有彈性可言、會累積金屬疲勞,也由於其靈敏輕巧、高剛性的特性,因此很容易傳達地面的振動,造成騎乘舒適性不佳。
鋼材是使用在腳踏車上最久的車架材質,主要優點包括長時間騎乘的剛性佳、管材有彈性(吸震)、管材接合方式多且加工性佳、易焊接且不需要熱處理,因此成本與價格相對較低。缺點則是重量過重,保養不當容易生鏽,管材塑形較不易且有金屬疲勞的問題。
鉻鉬鋼 (Fe-Cr-Mo)
在腳踏車的100年曆史當中,鐵素材是剛性與重量方面都均衡的理想素材。鐵製車架的最大特徵是可在各種成份,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於的尺寸、剛性、騎感的車架,這對於數毫米的差異也敏感的老車手來說是很有好處的。它的最大的缺點是比起其他的素材重(過去)。但是最近的鐵素材車架經過熱處理,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。
●鉻鉬鋼車架的優點
(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。現在能做到車架所需強度的極薄的管道。
(2).衝擊的吸收效能好
騎感極好,如「像彈簧般的騎感」。構成車架的鉻鉬鋼管道有優異的吸收衝擊的效能。
(3).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,焊接後也不需要熱處理,因此不需要大型的熱處理裝置,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).容易生鏽
車架用的鉻鉬鋼含有鉻,但是新增量少(不鏽鋼含有12%的鉻)的鐵系合金。若沒有施有表面處理的話,有傷口時容易生鏽。但是一般都有進行防鏽加工。腳踏車的場合,管道的肉壓薄,生鏽後的影響將會非常大。生鏽→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象任何金屬都會產生包括鋁等在內。金屬疲勞現象簡單地說:金屬雖然具有防止塑性變形的小小的力量,但是反覆施加應力時,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。對腳踏車來說,由於金屬疲勞的原故,可能出現強度不能保持。例如,進行DH時產生的衝擊縮短了腳踏車的壽命。若感覺到踩踏時不那麼順利前進時很有可能是金屬已發生疲勞。
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(詳細內容後述)。但是車架加工廠不一定有這種大型爐,另一方面,這種加工使已經冷卻過的再次硬化,使得變增強的管道的強度降低。
由於存在上述原因,焊接時採用各種方法來加工。如利用低溫焊接等方法制造車架。不管是任何優秀的焊接,,焊接部位(1000°C以上)和另管道側(室溫)之間的溫度差,冷卻時收縮而發生殘留應力。該部位受到應力集中時,可能會產生裂縫。結果腳踏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衝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製作的車架。輕而價格低是它的優點。但是從「輕」來說,當前與鐵素材比較相差並不大。老車手對它的反應是「雖輕但易彎曲」。雖然經過多次改進,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,製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、耐腐蝕等優點,加入其他金屬後顯著提高了機械效能。腳踏車所使用的鋁合金多數為6000系(Al-Mg-Si)和7000系(Al-Zn-Mg-Cu)兩種,經過熱處理(鋁耐高溫,在高溫下能改變性質)可以製成名種各樣的材料。
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。
●鋁合金車架的優點
(1).可以製作重量輕的車架
鋁的比重輕但不夠硬,為了增強強度把它製成合金並施予熱處理。[熱處理技術]採用時效析出增強法,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,若沒有經過這個程式的車架,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材料來製造。T6標誌表示經過熱處理、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標誌的腳踏車零件(如XTR曲柄等),嚴格來講沒有經過熱處理。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,透過熱處理其強度可以增加5倍。
另外,7005合金也常用來製造車架,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加工製成薄料。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。通常被稱作鋁製粗管道的是這種型別。
(2)長時間使用外觀不怎麼變化
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。為什麼不生鏽呢?原因是該氧化膜達到一定的程度時防止繼續生鏽。該氧化膜幾乎是無色因此外觀上不容易發現變化(有時會發白)。
另一方面,騎這種材料製造的腳踏車時,騎的次數越多,應力發生的次數也高,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製作(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製作車架,到底長時間使用後強度變化將是如何呢!Dedacciai公司製作的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。根據公開的資料,能提高140%。,KET處理是:疲勞破壞是在金屬表面上所發生的裂縫為起因,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。因此採用粗的管道,或者改變形狀如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。因此一般的規模不大的工廠無能力購買熱處理裝置。尤其是6000系的鋁合金管,多數情況是管道廠家指定熱處理條件。
鉻錳鋼是一種高強度的鋼材,主要用於需要承受衝擊、擠壓、物料磨損等惡劣工況條件,破壞形式以磨損消耗為主,部分斷裂、變形。
效能作用
●高錳鋼最重要的特點是在強烈的衝擊、擠壓條件下,表層迅速發生加工硬化現象,使其在心部仍保持奧氏體良好的韌性和塑性的同時硬化層具有良好的耐磨效能。這是其它材料所不及的。但高錳鋼的耐磨性只是在具備足以形成加工硬化的條件下才表現出其優越性,其他情況下則很差。
●如果只是耐用還是選擇鉻鉬鋼車架
腳踏車架大概要考慮三個因素:一是強度,二是輕量,三是美觀。
鋁合金是目前市場上使用最普遍的材質,優點在於重量輕、短時間的硬度和剛性表現最佳、塑形加工容易、不會生鏽,要輕可以把管材抽得極薄,要強也可利用CNC模具切削做出誇張的外型和驚人的強度。缺點是幾乎沒有彈性可言、會累積金屬疲勞,也由於其靈敏輕巧、高剛性的特性,因此很容易傳達地面的振動,造成騎乘舒適性不佳。
鋼材是使用在腳踏車上最久的車架材質,主要優點包括長時間騎乘的剛性佳、管材有彈性(吸震)、管材接合方式多且加工性佳、易焊接且不需要熱處理,因此成本與價格相對較低。缺點則是重量過重,保養不當容易生鏽,管材塑形較不易且有金屬疲勞的問題。
鉻鉬鋼 (Fe-Cr-Mo)
在腳踏車的100年曆史當中,鐵素材是剛性與重量方面都均衡的理想素材。鐵製車架的最大特徵是可在各種成份,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於的尺寸、剛性、騎感的車架,這對於數毫米的差異也敏感的老車手來說是很有好處的。它的最大的缺點是比起其他的素材重(過去)。但是最近的鐵素材車架經過熱處理,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。
●鉻鉬鋼車架的優點
(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。現在能做到車架所需強度的極薄的管道。
(2).衝擊的吸收效能好
騎感極好,如「像彈簧般的騎感」。構成車架的鉻鉬鋼管道有優異的吸收衝擊的效能。
(3).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,焊接後也不需要熱處理,因此不需要大型的熱處理裝置,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).容易生鏽
車架用的鉻鉬鋼含有鉻,但是新增量少(不鏽鋼含有12%的鉻)的鐵系合金。若沒有施有表面處理的話,有傷口時容易生鏽。但是一般都有進行防鏽加工。腳踏車的場合,管道的肉壓薄,生鏽後的影響將會非常大。生鏽→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象任何金屬都會產生包括鋁等在內。金屬疲勞現象簡單地說:金屬雖然具有防止塑性變形的小小的力量,但是反覆施加應力時,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。對腳踏車來說,由於金屬疲勞的原故,可能出現強度不能保持。例如,進行DH時產生的衝擊縮短了腳踏車的壽命。若感覺到踩踏時不那麼順利前進時很有可能是金屬已發生疲勞。
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(詳細內容後述)。但是車架加工廠不一定有這種大型爐,另一方面,這種加工使已經冷卻過的再次硬化,使得變增強的管道的強度降低。
由於存在上述原因,焊接時採用各種方法來加工。如利用低溫焊接等方法制造車架。不管是任何優秀的焊接,,焊接部位(1000°C以上)和另管道側(室溫)之間的溫度差,冷卻時收縮而發生殘留應力。該部位受到應力集中時,可能會產生裂縫。結果腳踏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衝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製作的車架。輕而價格低是它的優點。但是從「輕」來說,當前與鐵素材比較相差並不大。老車手對它的反應是「雖輕但易彎曲」。雖然經過多次改進,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,製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、耐腐蝕等優點,加入其他金屬後顯著提高了機械效能。腳踏車所使用的鋁合金多數為6000系(Al-Mg-Si)和7000系(Al-Zn-Mg-Cu)兩種,經過熱處理(鋁耐高溫,在高溫下能改變性質)可以製成名種各樣的材料。
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。
●鋁合金車架的優點
(1).可以製作重量輕的車架
鋁的比重輕但不夠硬,為了增強強度把它製成合金並施予熱處理。[熱處理技術]採用時效析出增強法,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,若沒有經過這個程式的車架,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材料來製造。T6標誌表示經過熱處理、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標誌的腳踏車零件(如XTR曲柄等),嚴格來講沒有經過熱處理。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,透過熱處理其強度可以增加5倍。
另外,7005合金也常用來製造車架,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加工製成薄料。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。通常被稱作鋁製粗管道的是這種型別。
(2)長時間使用外觀不怎麼變化
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。為什麼不生鏽呢?原因是該氧化膜達到一定的程度時防止繼續生鏽。該氧化膜幾乎是無色因此外觀上不容易發現變化(有時會發白)。
另一方面,騎這種材料製造的腳踏車時,騎的次數越多,應力發生的次數也高,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製作(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製作車架,到底長時間使用後強度變化將是如何呢!Dedacciai公司製作的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。根據公開的資料,能提高140%。,KET處理是:疲勞破壞是在金屬表面上所發生的裂縫為起因,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。因此採用粗的管道,或者改變形狀如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。因此一般的規模不大的工廠無能力購買熱處理裝置。尤其是6000系的鋁合金管,多數情況是管道廠家指定熱處理條件。
鉻錳鋼是一種高強度的鋼材,主要用於需要承受衝擊、擠壓、物料磨損等惡劣工況條件,破壞形式以磨損消耗為主,部分斷裂、變形。
效能作用
●高錳鋼最重要的特點是在強烈的衝擊、擠壓條件下,表層迅速發生加工硬化現象,使其在心部仍保持奧氏體良好的韌性和塑性的同時硬化層具有良好的耐磨效能。這是其它材料所不及的。但高錳鋼的耐磨性只是在具備足以形成加工硬化的條件下才表現出其優越性,其他情況下則很差。
●如果只是耐用還是選擇鉻鉬鋼車架