自行车车架材料说明书.doc

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自行车车架材料说明书
车架材料最早是使用铬钼钢，然后进化到使用铝合金，再然后是复合材料的使用如碳纤维。厂商不断的在研发新材料配方，提升管件和结构设计能力，并创新加工技术。为的就是让车架更轻、更强、更舒适和更美观。
目前，制这一缺憾，而重量仍然不大。另外相对于其他的运动自行车的高级材料，铝的价格很低。
目前使用在高档铝架上的铝材（6000系列、7000系列）都是运用在航天方面的高级铝材。和一般的普通铝材相比，这些铝材无论是在强度还是刚性上都有显著的提高。而且厂家为了保证强度，都采取了使用较粗的管材、增大横截面积的做法，所以大多数的铝车架看起来都很粗犷。
铝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，形成致密的氧化膜（三氧化二铝）。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)。
以上都是铝的优点，但是这种材料也有两个致命的缺点。
1. 铝的金属疲劳性很差
铝材做的自行车架的致命弱点就是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，这也就是为什么在专业的使用强度下一个铝架只能支持
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2-3年的原因。
2. 铝没有弹性，无法吸收骑行的震动
用铝材制作的硬尾车架会把绝大多数的震动直接传递到骑手的身体上。这就使铝车架坐起来相当的颠簸，乘骑的舒适感很差。
铝合金
铝本身具有轻量、可塑性好、耐腐蚀等优点，但铝不够硬，为了增强强度把它制成合金并施予热处理。铝合金是纯铝中加入Mg，Zn，Si，Cu等金属的合金。热处理采用“时效析出增强法”，即在某种高温下引起时效析出，使金属内形成一种妨碍金属变形的物质。若没有热处理的话强度只能达到1/2，或者1/5的程度。
自行车所使用的铝合金多数为6000系（Al-Mg-Si 铝-镁-硅）和 7000系（Al-Zn-Mg-Cu铝-镁-硅-铜)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。
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。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。
为了弥补铝合金没有弹性的缺陷，铝制自行车如果配有完全独立的减震结构用于吸收震动，加上更为厚实和柔软的把和坐垫，利用铝较轻的质量作成更大的截管面积，并在需要强度的地方进行局部的补强，可以获得较好的骑乘体验。所以说，铝是比较成熟的材料，并且在制作全减震车架的时候更有优势。
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常用于制作车架的铝材物理特性如下：（需补充）
材料名称
拉伸强度（MPa，N/mm2）
6061 (6000系铝合金)
无热处理 100
有热处理(T6 热处理工艺的含义：
-0 ：完全退火
-T5：人工时效(无溶体化处理)
-T6：溶体化处理后人工时效
-T7：溶体化处理后稳定化处理
-T8：溶体化、硬化加工、人工时效
) 246以上
7005 (7000系铝合金)
有热处理(T6) 345以上
7075 (特超硬铝，飞机合金)
无热处理 230以上
有热处理(T6) 597以上
钪合金
钪合金事实上应称为铝钪合金，是在铝合金中加入千分之一的钪而成。钪合金的颗粒非常细，比7005铝合金小100倍，所以加工容易且不容易产生龟裂。另外，钪合金的抗拉强度可达480mpa，比7005铝合金（340mpa）强50％，且可焊接。用7005铝合金加钪应用于车架的主体结构，可大幅提升管材的强度和刚性，且能改善焊接热裂的问题。
钪合金的物理特性如下：
（需补充）
Fuji A6
这是FUJI独家技术，是在6061铝合金中添加了镁、硅、铜以及另一种特有元素所组成的新材料配方。据FUJI宣称其强度和韧性增加了35％，并使用特殊方式加工成