自行车材料的常用知识Word格式.docx
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屈服强度、拉伸强度
屈服强度：
是弹性变形的极限，也叫屈服点。
增加应力到一定程度时成为塑性变形，也就是变弯了。
_]_[4fQ,g9\0`_n_n0拉伸强度：
指的是增加应力到一定程度时不单是成为塑性变形，还被拉断。
o_z_F*z_S）Q6Ob0自行车材料的拉伸强度OKbike自行车资讯网?
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用在自行车上的材料OKbike自行车资讯网_oV:
]_Dz_Z_B7\_k_o
拉伸强度（（MPa，N/mm＾２）
6b_i_U_I#F_c0
SCM415
（铬钼钢）
834以上
6061（6000系铝合金）
无热处理的场合
100以上
_v5q_S-S_T*J9Y0有热处理的场合（T6）
246以上
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o*u+F0
7005（7000系铝合金）
有热处理的场合（T6）345以上
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c0
7075（特超硬铝，飞机合金）
无热处理的场合230以上OKbike自行车资讯网.Lk_A;
j_Ju9G
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有热处理的场合（T6）597以上OKbike自行车资讯网X_Z_y_|$h_v_a_E6yA_f8{
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（纯钛）
有热处理的场合（T6）
597以上
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yW3L0用的较多的纯钛为如下：
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3-2.5Ti（３％Al－2.5VTi合金）
685以上OKbike自行车资讯网7M（Ga4C_}（|3i:
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6-4Ti（６％Al－４VTi合金）
有热处理的场合
（时效）1160
4Q_W_z/{_N0无热处理的场合
980OKbike自行车资讯网_L_F[.O7q2rV_g3o
密度
密度是单位体积的重量。
密度是决定车架的重量时重要因素之一。
设计轻的车架时不可勿视的数据。
但是密度小不等于车架轻。
密度（g/cm＾3）
铬钼钢（低合金钢）
7.9
2.6-2.9
4.5
4.3-5.1
碳纤
（CFRP）
1.5-1.6
1.7
从上表可知铬钼钢密度最高，镁合金最低。
密度低的话，可以制作轻车架，假若这样认为的话只讲对了一半。
还要老虑拉伸强度、弹性率等因素。
虽然密度低，但是强度不够的话也不行，密度低1/3不等于重量也轻1/3。
增强材料
重排：
所指的是在金属结晶中会产生的移动现象（原子间存在间隙，使结晶移来移去）。
发生重排现象时金属会变形。
强化材料也就是想办法制造出不要发生重排现象的结构。
在此介绍4种强化材料的方法。
固溶体强化、析出强化、通过硬化加工来增强、结晶体的微细化来增强。
固溶体强化OKbike自行车资讯网e_f,T{_y-c_S$n_P
在铁等母体材料中熔入铬、钼等，使母体材料变成不同半径的结晶构造。
此时的原子称为固溶体。
在此举个例来说明这种现象。
比母体的原子半径小的原子进来时发生的现象。
OKbike自行车资讯网W8q_x9FSK
「在电梯里已有9位大汉子已相当拥齐，此时进来了小孩，为了防止小孩被挤坏，汉子们开始靠向四周」。
9_%b_q0[H_~_C0比母体的原子半径大的原子进来时OKbike自行车资讯网（J1U_rw）N_F
「在电梯里已有9位大汉子已相当拥齐，其中有一个人下了电梯，但是又进来了肥胖的大娘，此时汉子们又开始靠向四周」。
如上述现象在结晶体四周发生了应力，使得重排现象变小了。
利用这个方法的是铬钼钢。
析出强化
当前，自行车材料中的铝合金制品普遍受到欢迎。
增强铝的方法将在铝项目中记述，在此只讲强化的原理。
固溶在金属中的添加物，会产生饱和状态（不完全溶解），添加的量超过饱和状态时，因未能完全溶解而析出。
6u_q'
Z2~_iR_XZ0具体地说，提高温度时饱和量也增加，完全溶解的瞬间开始慢慢冷却时，能析出大的结晶。
用食盐来做实验会看到这个现象，食盐的场合，急速冷却时析出细小的盐结晶，但是金属一般不会析出，若冷却速度快时，不会析出而强迫使它固溶。
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对处于此状态下的金属，逐渐提高它的温度时慢慢析出。
在此需要注意的是过于析出不可，析出不够也不行，温度过高、过低也不可以，该温度叫作热处理温度（也称作人工时效处理）。
最理想的是析出的结晶细而均一，从而阻止重排，材料不容易变形。
举个例子：
「走在森林里，若大树较多时容易走路（大的析出物），密密麻麻小树多的话不容易走（细小的析出物）」，和这个道理一样细小的析出物较难重排。
硬度加工来增强的方法
5R_R_F_[_d_a_P_K&
X_w_F0对材料进行加工就产生重排现象，也就产生材料的变形。
各种材料的重排现象是极为复杂，不在此记述，简单地说：
重排后不是整齐地排队，而复杂地啮在一起的话，材料的变形就困难了。
如马路上走路时，走路的人不断增加（重排的增殖），就难于前进（重排移动变得困难，从而不容易变形）。
利用此方法的有管道拉拔和喷丸硬化（SHOTPEENING）。
结晶体的微细化来增强OKbike自行车资讯网_R_?
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结晶在高温下完全溶解后，急冷时得到微细的组织。
这个过程叫作淬火。
结晶变微细后，重排移动的连续性就难于保持，结果材料得到了增强。
（比方：
人能活动的范围变小了）。
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S0 铬钼钢（Fe-Cr-Mo）
在自行车的100年历史当中，铁素材是刚性与重量方面都均衡的理想素材。
铁制车架的最大特征是可在各种成份，各种粗细厚薄的铁管中，任意选择所需要的铁管进行加快。
因此可以选择最适合于的尺寸、刚性、骑感的车架，这对于数毫米的差异也敏感的老车手来说是很有好处的。
它的最大的缺点是比起其它的素材重（过去）。
但是最近的铁素材车架经过热处理，把薄的管道做成粗的管来使用，其重量不会输给轻的合金。
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K/b0铬钼钢是铬、钼的合金。
它的性能如下：
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○淬火性好。
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○对回火处理的抵抗性大。
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p_C{+F1S_W%H-s_|
○回火脆性倾向少。
|B6b3U_y_c`0○高温加工性好，加工后美观。
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○熔接性好。
g_f-L_A_Y）R0（右图）BRIDGESTONEANCHOR的铬钼钢车架，该公司的宣传用语是"
与铝合金制一样轻"
，价格约（左）6,700多元，（右）5,000多元。
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V0●铬钼钢车架的优点
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（1）.加工性好OKbike自行车资讯网_C!
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铬钼钢的车架是历史最久的车架，因此对它的研究时间也最长。
现在能做到车架所需强度的极薄的管道。
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（2）.冲击的吸收性能好OKbike自行车资讯网*U_E_E_mb）R
骑感极好，如「像弹簧般的骑感」。
构成车架的铬钼钢管道有优异的吸收冲击的性能。
_E_@_O_pzl_W_Z0（3）.焊接容易
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0铬钼钢比起钛、铝焊接容易。
可以设计成名种形状。
另外，焊接后也不需要热处理，因此不需要大型的热处理设备，成本低。
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（4）.价格便宜
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D0虽然有些高挡次的铬钼钢车架价格贵，但一般价格便宜。
也可以说，用便宜的价格买到高挡次的车架。
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y_G_A1Z5F%d0●铬钼钢车架的缺点
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x0
（1）.容易生锈
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l#|9A-]k_r*H0车架用的铬钼钢含有铬，但是添加量少（不锈钢含有12%的铬）的铁系合金。
若没有施有表面处理的话，有伤口时容易生锈。
但是一般都有进行防锈加工。
自行车的场合，管道的肉压薄，生锈后的影响将会非常大。
生锈→肉压减少→强度下降（应力集中）。
OKbike自行车资讯网q_J6e_L_uJ#r
（2）.金属的疲劳显著（应力集中引起的金属疲劳）OKbike自行车资讯网_v_G;
Y9@&
K_R9n
若使用肉薄的铬钼钢车架时需要注意！
当然金属疲劳这个现象任何金属都会产生包括铝等在内。
金属疲劳现象简单地说：
金属虽然具有防止塑性变形的小小的力量，但是反复施加应力时，金属可能被破坏（被称为微细的应力集中）。
飞机出事时，有时候也是某部分的金属疲劳引起。
对自行车来说，由于金属疲劳的原故，可能出现强度不能保持。
例如，进行DH时产生的冲击缩短了自行车的寿命。
若感觉到踩踏时不那么顺利前进时很有可能是金属已发生疲劳。
mCA_o.t___S_~_\0焊接部位，如从管道侧（母体）到溶融的部位（溶接部），结晶的特性都会显著变化。
为使这些组织均一化，本来应该再次结晶化（详细内容后述）。
但是车架加工厂不一定有这种大型炉，另一方面，这种加工使已经冷却过的再次硬化，使得变增强的管道的强度降低。
OKbike自行车资讯网_i7n_Az_L_QJ
由于存在上述原因，焊接时采用各种方法来加工。
如利用低温焊接等方法制造车架。
不管是任何优秀的焊接，，焊接部位（1000°
C以上）和另管道侧（室温）之间的温度差，冷却时收缩而发生残留应力。
该部位受到应力集中时，可能会产生裂缝。
结果自行车骑的时间长时可能会引起金属疲劳，微观的硬化加工也使冲击的吸收性也变得差。
铝合金（Al-Mg-Si,Al-Zn-Mg-（Cu））
很久以前就有用铝合金制作的车架。
轻而价格低是它的优点。
但是从「轻」来说，当前与铁素材比较相差并不大。
老车手对它的反应是「虽轻但易弯曲 」。
虽然经过多次改进，但是始终克服不了杨氏弹性模量低的缺点。
最近的铝合金车架，为了提高杨氏弹性模量，加大管道外径，使用扁平管，或者对铝管进行热处理等，制造出轻而有刚性的车架，这种最新的铝合金车架对车手来说，具有足够的轻量与刚性。
OKbike自行车资讯网L_R5h5q-S7W+s_i5A_c_C
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。
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e06000系被认为是耐腐蚀、强度好、焊接性也好的材料。
下表表示使用最多的6061合金的机械强度。
OKbike自行车资讯网e$bK4?
#D4X
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。
下表表示使用最多的7005和7075合金的机械特性。
表中的有关热处理以如下数字来表示：
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m7}0-0：
完全退火
Ib9T_c1k（s0-T5：
人工时效（无溶体化处理）
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溶体化处理后人工时效OKbike自行车资讯网_`8m_P_Q6d_K_Z
-T7：
溶体化处理后稳定化处理
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Br-M_]pBr:
m0-T8：
溶体化、硬化加工、人工时效OKbike自行车资讯网_J_f5X!
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（右图）i-DRIVE车队用在XC比赛时的铝制轻量型车架，价格约2万元。
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6061合金的机械特性OKbike自行车资讯网&
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热处理）j_t3Tz'
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伸长强度
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耐力OKbike自行车资讯网_}_S!
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伸长
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剪断强度
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布氏硬度%W3v_q（E0m_{_A0
疲劳强度
（MPa）j_K'
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7005，7075合金的机械特性OKbike自行车资讯网_r_QS7P3k*j"
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热处理
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7075
230
107
163
17
T6,T651
597
526
11
铝合金车架的优点
（1）.可以制作重量轻的车架
_f_e7w_F_Z_c1d_iB0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。
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M2U
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。
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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。
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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。
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（2）长时间使用外观不怎么变化OKbike自行车资讯网_A8U_V__4B_P
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）。
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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。
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铝合金车架的缺点
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Z01）.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。
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（2）.需要进行热处理OKbike自行车资讯网_x;
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必需进行热处理，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。
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钛、钛合金（Ti,Ti-Al-V）
美国在60年代首次使用钛合金来制作自行车车架。
钛合金给人的印象是「轻而硬」。
早期的钛合金车架，作为比赛用车，刚性不足，其车架不适合于长距离赛车，也不是适用于所有的比赛，只适合用在山岳，或者Bigreces,Timetraial等需要轻型车的特定的场合。
开始时钛合金使一些人着迷，曾经有些热中于轻量化的骑手，把所有的螺丝都换成钛合金制的才满意。
钛金属给一些人错觉，贵而稀有，实际上钛是地球上埋藏量丰富的元素之一。
只是由于合金的制作成本高，价格才较贵。
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l_U_Jz_[_Q9v0金属钛比重轻、强度大，同时耐腐蚀性高的材料，一般用在特殊的环境里。
在金属钛里添加铝、钒（Li.V）时强度显著提高，热处理也和铝合金一样通过时效处理可以提高强度。
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钛合金的机械性能OKbike自行车资讯网_G1x5s0wz#Q*h;
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合金名称j_F-f"
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钛合金车架的优点OKbike自行车资讯网2U_uO'
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（1）.可以制作轻量而强度大的车架
纯钛金属的强度更高。
在钛金属中添加铝和钒，弹性更高（和铝比较），也有利于设计。
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（2）.不生锈：
钛在一般的环境下几乎不会被腐蚀。
但是它有另一种腐蚀现象即异种金属腐蚀。
例如，不同种类的合金接合在一起时，成为电极状态，电位差使局部通电引起腐蚀。
对此现象采取的措施是用脂膏
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