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易倍体育emc自行车车架材料冷知识:铝、钢、钛、碳纤维各不相同

发布时间:2024-07-14 02:49:13 来源:emc全站官网 作者:emc全站网页版浏览: 58 次

  多年来自行车车架由各种不同的材料打造而成。最初以钢为主,尽管钢和钛仍然很常见,现在主要的选择是铝和碳纤维。

  每种车架材料都有其优点和缺点,具体优先考虑的事项取决于作为车手的你,包括重量、预算、寿命以及希望车架以及自行车整车带来的骑行性能。

  我们采访了两位专家来得出了答案:英国钛钢自行车Enigma的专家Richard Lambert以及目前在空中客车公司工作的机械工程师Liam Glen,他曾是一名职业自行车手,也是2021年苏格兰Highland Trail 550赛事的获胜者。

  经常会看到被称为“合金”的铝制车架。这是因为纯铝太软,无法打造出用于自行车车架的形态,因此它与元素混合以改变其物理特性。

  事实上,出于同样的原因,所有金属自行车车架均由合金制成。钢本身是铁的合金,而钛主要是与铝和钒的合金。

  6061和7005(两种最常用的铝合金)等数字是铝与每种合金的添加剂混合形成(主要是硅和镁)的代码。每个“配方”的特性都会略有不同。

  改变铝管相对容易,这样可以使其可以因长度不同具有不同的性能。并且铝管通常是对接的,以确保需要的刚性并减掉多余的重量。

  无论自行车车架内壁材质是什么,通常都是对接的。这意味着它的两端较厚,那里受力会更大,并且需要更多的材料来连接的管材,而中间抽薄以减轻没必要的重量。

  直规的管径厚度一致,具有一致的匹配特性。单对接管材的一端(例如五通连接处)较厚,双对接管材的两端较厚,三对接管材还能够进一步减少管径中间的厚度。

  对接只是其中的一部分,经常会看到被描述为“液压成型”的优质合金车架,这是描述了通过使用高压流体形成适合模具的管材来改变管材形状的过程。

  高端的铝制自行车比以往任何的自行车都更加先进,这一过程可以帮助形成复杂的形状,从而改变车架特定部分的特性,包括重量、强度和舒适性。许多最新款的铝制车架还具有空气动力学的设计特点。

  铝管通常焊接在一起制成车架。原始的焊缝在外观可能会明显的凹凸不平,但在焊接后通常会被平滑处理(用专业术语来说是抛光),以使优质车架呈现出更干净靓丽的外表,还会有助于减轻重量。

  “(焊接时)对局部区域施加大量热量,这会改变局部金属的特性,这样操作会使得焊缝成为最薄弱的区域。焊接后回火有助于改善这个情况,”Glen如是说。

  一些早期的合金车架是粘合的,将切割成一定长度的管子粘合到凸耳中。意大利品牌Alan和法国品牌Vitus是最早采用这种工艺的。

  铝是大多数较便宜的自行车车架所用的材料,但无论是公路自行车还是山地自行车,它仍然是一些价格较高、注重性能的车架的主流之选。

  虽然铝合金车架的具体性能因自行车而异,但通常铝合金车架相对较轻、刚性较足、结实耐用,且价格仅为碳纤维的1/5左右。

  在接近的价格里,合金车架可以比碳纤维车架做到更轻,尽管昂贵的碳纤维车架总会更轻。铝的密度比钢低得多了。

  由于材料的相对刚性和舒适性的欠缺,铝制车架历来以不够舒适而闻名,但最新的车架制造工艺以及公路车上更宽的外胎趋势意味着许多合金自行车有了更多的选项。

  虽然铝制车架在强度、刚性和轻量化方面给人留下深刻的印象,但与钢和钛不同的是,铝合金使用久了容易出现金属疲劳。

  然而,铝制车架往往比碳车架在受到意外碰撞时损坏程度较小。因此,铝仍然是所有山地车上主流的车架材料,也是预算有限的小型公路赛车手的明智之选。

  事实上,大约有着100年的历史,钢材一直是车架制造的主要材料。即使在职业级别赛事中也是如此,直到20世纪90年代中期,铝合金车架开始占据主导地位——只在职业公路车队中短暂地存在过一段时间——而第一个碳纤维车架开始被试用。

  钢制自行车仍在广泛使用,并且是属于定制制造商选择的主要材料,但它现在更多地是自行车收藏家的选择。

  凸耳车架将管材在接口处插入铸钢凸耳中,然后钎焊在一起。不带凸耳的车架具有焊接在一起或角焊的管材接口。

  凸耳结构在过去很常见,经典的钢车架通常具有非常精致的凸耳结构件,但焊接往往能让车架变得更轻,并且比钎焊所需要做的清理工作更少,因为钎焊通常会导致接口处残留多余的材料。

  与铝合金车架中的管材一样,钢架通常也会以对接的工艺以减轻重量。新款钢架的管材形状比老款的圆形截面更加的多样化。

  不同成分的钢架具有不同的性能。雷诺531是一种用于自行车车架的经典合金,531指的是合金中锰、碳和钼的比例。

  Lambert指出,钢架有多种不同的管材成分和管型,这是与车架管材不同的地方。这也意味着可以打造出一个非常结实的旅行车车架或较为轻量化的车架,具体取决于你的需求。

  不锈钢也是一种选择,Glen认为它们比铬钼钢强度要低,不过专门用于打造自行车车架的专业不锈钢已经开发出来,其强度与铬钼钢相比几乎一致甚至会更强。

  钢的主要缺点是重量和成本。它比铝更重、量产成本更高,这确保了铝仍然是当今大多数金属自行车车架的首选。

  然而,虽然钢比铝密度更大(也更重),但它也更结实、更耐用。这意味着车架制造商可以使用更小管径、更薄管材以保持所需的车架刚性水平,但偏重的事实依然存在。

  同样,钢也有疲劳极限——它可以无限次承受低于疲劳极限的应力而不会带来故障,而铝会随着时间的推移而产生金属疲劳。

  钢自带的天然属性也可以带来“弹性”(即:舒适)的骑行体验,即使它与铝的刚度重量比例并不匹配。

  基于这些原因,钢是精品和定制自行车以及旅行自行车、长途自行车的主流之选,因为重量不大重要。更关键的是它的耐用性和使用寿命,使得钢比钛更具价值。

  也就是说,除非由不锈钢打造而成,否则钢架需要上漆以防由外部引起的腐蚀,并且也可以在管材内部上漆以防生锈。

  钛金属通常被视为一种高端选择,其中一部分原因是它带来的骑行质感和成本,以及钛自行车经常被吹捧为“终身自行车”。

  大多数金属在可能失效之前都会有一定数量的负载循环。钛对于反复受力等方面具有更强的弹性,这意味着成熟的车架制造商可以打造出更轻、更合规的车架,还避免了发生故障的风险。

  AL3 2.5V合金(含3%铝和2.5%钒)是钛车架最常用的等级。6AL 4V管材明显更结实,因此更难被打造。偶尔也会用于高性能车架或者对刚性有着硬性需求的局部区域,譬如在头管和五通处。

  例如,Enigma在其高性能自行车中使用硬度更高、等级更高的6AL 4V合金(也称为五级钛),而不是在其更符合标准的Etape车架组中使用3AL 2.5V合金(或九级钛)。

  钛合金还具有高度抗疲劳性,这意味着它们可以减震且不会形变。例。


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