自行车材料的常用知识

1、材料的常用知识首先了解一下金属材料的常用语。应力以及变形(1) .应力的定义=6=负荷/断面积(即：单位面积上所能承受的重量 )虽然负荷大，但是可以增加厚度来降低断面积上的应力。从这里也可知为什么铬钼钢、铝、钛管的厚度不 同。(2) .受应力之后，用于车架的材料会变形。其变形可分为弹性变形和塑性变形。 弹性变形：虽然变形，但是除去应力后恢复原状。塑性变形：变形后除去应力也无法恢复原状。(3 .弹性率：弹性率所指的是像弹簧一样变形的材料的低抗程度。弹性率高的材料硬，承受负荷后变形也 少；弹性率低的材料较软，承受负荷后变形较多。作为自行车的材料，有些部位需要变形多些，有些部位 需要变形少些。弹性率

2、以杨氏弹性模量来表示。数据越大弹性率越高。下表为自行车的各种材料的杨氏弹性模量。杨氏弹性模量用在自仃车上的材料杨氏弹性模量(GNmA-2)铬钼钢(低合金钢)200-207铝合金69-79钛116钛合金80-130碳纤70-200镁合金41-45从上表可知铬钼钢的弹性率最高，镁合金的弹性率最低。弹性率将决定材料刚性的强弱，对自行车来 说该数据是很重要的。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。 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。自行车材料的拉伸强度用在自仃车上的材料拉伸强度(MPa , N/mm A

3、2)SCM415(铬钼钢)834以上6061 （6000系铝合金）无热处理的场合100以上有热处理的场合(T6)246以上7005 （7000系铝合金）有热处理的场合(T6) 345 以上7075 (特超硬铝，飞机合金)无热处理的场合230以上 有热处理的场合(T6) 597 以上CPTi （纯钛）有热处理的场合(T6) 597 以上 用的较多的纯钛为如下：PTT800 800Grade4 588UTT75 7537533-2.5Ti（3% Al 2.5V Ti 合金）685以上6-4Ti（6% Al 4 V Ti 合金）有热处理的场合无热处理的场合（时效）1160980密度密度是单位体积的重

4、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。用在自仃车上的材料密度（g/cm人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碳纤 （CFRP）1.5-1.6镁合金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

5、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。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。 比母体的原子半径大的原子进来时在电梯里已有 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，

6、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。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。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

7、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（SHOT PEENING）。结晶体的微细化来增强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。

8、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 ）。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。铬钼钢是铬、钼的合金。它的性能如下：C淬火性好。对回火处理的抵抗性大。O回火脆性倾向少。G高温

9、加工性好，加工后美观。C熔接性好。（右图）BRIDGESTONE ANCHOR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。各钼钢车架的优点（1）.加工性好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。（2）.冲击的吸收性能好骑感极好，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。（3）.焊接容易铬钼钢比起钛、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。（4）.价格便宜虽然有些高挡次的铬钼钢车架价格贵，但一般

10、价格便宜。也可以说，用便宜的价格买到高挡次的车架。各钼钢车架的缺点（1）.容易生锈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t肉压减少t强度下降 （应力集中）。（2）.金属的疲劳显著（应力集中引起的金属疲劳）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

11、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。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。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

12、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（AI-Mg-Si,AI-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。铝合金是纯铝中加入 Mg，Zn，Si，Cu等金属的合金。铝本身具

13、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。下表表示使用最多的6061合金的机械强度。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：-0 :完全退火-T5 :人工时效（无溶体化处理）-T6 :溶体

14、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（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。6061合金的机械特性热处理伸长强度（Mpa）耐力（MPa）伸长（%）剪断强度（MPa）布氏硬度疲劳强度（MPa）T5190148121196067T6246218121557367T832602461115582-7005, 7075 合金的机械特性合金名称热处理伸长强度(MPa)耐力(MPa)疲劳强度(MPa)伸长(%)E(GPa )7005T53345305130(7003)1074(7003)T6,T651铝合金车架的优点(1)

15、 .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

16、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

17、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。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

18、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。钛、钛合金(Ti,Ti-AI-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Big reces, Time traial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。金属钛比重轻、强度大，同时耐腐蚀性高的材料，一般用

19、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。钛合金的机械性能合金名称区分拉伸强度（MPa）耐力（MPa）伸长（）E(GPa )纯钛JIS 3 种480 62034518105Grade 455048015PTT800800一一UTT75750一一3-2.5Ti退火68559020一6-4Ti退火98092014110时效处理1160110010钛合金车架的优点（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。（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

20、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等 来绝缘（混有金属粉末的脂膏，如商品名：Ti Plepu等）。这种金属粉末防止脂膏流失，即使流失后也用来防止紧密接触。这种金属粉末有导电性也不要紧，接触后被较小的荷重破坏掉。这种现象称为粘住，它和烘焙是不同的。粘住、咬合：金属之间通过腐蚀来接合的现象。烘焙接合：加工金属时所产生的热量来溶融接合。（3）.骑感好钛也用在避震器的弹簧上。现在用钛制成的车架适合于长时间的骑行。有些车手酷爱钛制车架，认为骑感 极佳。但是个人各异，有人和铬钼钢比较后认为，铬钼钢的车架冲击吸收性比

21、钛车架好，骑感也比钛车架 好（这和铬钼钢车架的形状以及用薄的管的结果应力得到增大也有关）。假若钛管的加工技术得到进一步改进，也许会有和铬钼钢同样的骑感。有些钛制车架使人感到摇摆，这也许是使用plane管（没有加padded的，厚薄不能变化的管）有关。或者虽使用高强度的钛合金，但没有用薄的管等也有关系。钛合金车架的缺点 价格高。钛在自然界以二氧化钛的形态存在，提练及加工过程复杂，技术要求高，并花时间因此成本高。再有溶接加工极为困难，因为钛和氧的亲和力极强，和空气接触后马上变成二氧化钛，而二氧化钛硬而脆， 该部分的强度会不断下降。因此用惰性气体小心焊接。通常所说的Tig焊接是：（Tig :钨、惰性

22、气体的略语）用钨电极及氩气体进行弧焊接。钛的焊接必需隔绝空气下进行。由于以上原因钛车架价格很贵。近来有些铝合金车架比钛合金车架价格贵，这说明钛合金车架的价格下降了。其因是冷战结束后军费缩小， 钛的用量少了；优秀的技术员开始用钛来制作车架；制作钛车架的成本降低等原因。碳纤维 （CERP）碳纤维车架的特征是轻、不弯曲、冲击吸收性好，但是，充分发挥碳纤维的优异性能，在技术上 看起来不是那么容易，各碳纤维材料厂家之间的品质差异也较大。自行车厂家考虑到成本问题，不大可能 使用高等级的碳纤维来制作车架。虽然存在上述的现实问题，但是碳纤维车架还是具有其它素材所没有的 优点，可以制造8、9kg左右的轻量自行车

23、，这种碳纤维轻量自行车，登坡时最能体现其优点，登坡顺利 而爽快。而不会像一些轻的铝合金车架，登坡时感到有一种向后拉的力量。碳纤维是把碳纤维用树脂凝固成形的东西。非常轻，但它是具有方向性的材料（拉伸强但容易断），因此采用把薄料层层重叠的方法来解决缺点。（右图）COLNAGO 牌的碳纤维车架，2万多元）碳纤维车架的优点(1) .可以制作重量轻的车架碳纤维车架是把碳纤维对着发生应力的方向层层叠而得到强度。碳纤维车架非 常轻，这是它的密度和强的拉伸强度构成的。捷安特的碳纤维车架非常轻，2000年的型号1.2kg重(2) .冲击吸收性好 碳纤维用来制作残疾者运动时用的假腿，或者特殊的弹簧等被用在各领域。

24、利用它的吸收冲击力优异的性能，制作不用避震器的自行车。如SCOTT厂的ELEVATED车架是著名的。但是各个厂家之间的品质差异较大，有的很硬，因此这种车架乘骑后才能知道好或者不好。(3) .可以制造各种形状的车架碳纤维的基本成型方法是，在模具上铺上纤维片然后流入树脂并烧固。可以制成各种形状的车架。如TREK的Y车架是著名的。碳纤维车架的缺点(1).复杂的应力计算构成碳纤维车架的是碳纤维，它的特点是拉伸强度强，但剪断强度弱，加工时需要进行复杂的应力计算(纵刚性、横刚性)，根据计算把碳纤维片重叠成型。加工技术各厂家各异，应选择有经验而可靠厂家的制品是 很重要的。(2) .难于更改尺寸由于作好模具后

25、成型，难于更改尺寸。无法相应多尺寸多款式的订单。(3) .老化？使用树脂因此会不会老化？这是一个存在的课题，它放置在阳光下时会逐渐变白。当然这种现象关系到厂 家的技术。最好不要放置在阳光下。金属为基体的混合物(M2，MMC)金属为基体的混合物是在铝素材中混入陶瓷粉末或者纤维等物体，使它析出增强，制造出强度大的材 料。它的强度比铝合金强许多，是一个新的素材。有的混入氧化铝粉末。M4指的是再多加入两种合金，用这种材料制成的车架冲击吸收性更好。金属为基体的混合物车架的优点(1) .可以制作重量轻的车架它和铝合金比较，拉伸强度大，极薄的管也能保持强度，因此车架很轻。这种轻是有刚性的轻。(2) .刚性高

26、如SPECIALIZD 的M2车架使人感到很结实，管的直径也大，刚性也好。 金属为基体的混合物车架的缺点(1) .焊接关于这方面的资料很少，看实物焊珠部分正常， 但是GUSSET就年年大型化。补强的目的是什么？尚未清楚。陶瓷粉末在铝母体中均衡地存在，进行焊接时陶瓷粉末能否均衡分散是个非常困难的事，能获得何等 程度的机械强度是大家所关心的事，总之，由GUSSET补强已达到相当的水平。(2) .冲击吸收性差关于这一点很多人有同样的感觉，前部有避震器因此个人的感觉会有差异，但是后部非常明显，冲击力太 大，会腰痛的。该材料的车架不适合于长途骑行。但是在时间短的比赛中能发挥威力。镁合金镁的比重很轻(1.

27、74)，约铁的1/5，钛的2/5，铝的2/3。它是不容易腐蚀的活性金属。它广泛用在 各种领域里，如照相器及电脑的外框、车辆的车圈等配件。通过合金化耐腐蚀性也得到进一步提高。镁合金车架的优点(1).可以制造重量轻的车架它比铝密度低，可以制造轻的车架。杨氏弹性模量稍微低些，但是可以用加粗管直径及椭园化等方法来解决。使用铝合金的目的仅仅是为了减轻重量，将来可能会被镁合金取代？钛和镁的研究课题稍不同，这两种金属今后仍然会活跃下去。（2）.加工性好镁制车架加工不会差。切粉的燃烧、爆炸等能够通过合金元素来回避的话，剪断、溶接性可能不会差。和钛比较起来加工性好。镁合金车架的缺点（1）.耐腐蚀性如何？生产镁车

28、架的厂商都说耐腐蚀性好。但是这方面的资料当前还很少，耐腐蚀性好到何种程度难于判断。镁是剧烈氧化的金属，不小心操作错了很容易爆炸，纯镁一般不能使用，添加其他金属（铝、锌、锰等）制成合金来使用，制成的镁合金强度、机械性能都得到提高。有些人曾经使用过镁合金制用具，如摩托车的曲柄套等、他们说：虽然用了很久，但是很好，不会象铝般发白。（2）.镁的杨氏弹性模量（决定刚性的因素）比铝低许多，要增加其刚性管的直径要大，这可能会影响对空气 的阻抗？。（3）.成本如何？镁已经用在笔记本电脑的框体上，用它来制作车架成本将是如何？现在尚未知。锻造和铸造制造自行车的部件要经过锻造、铸造、切削、研磨等加工过程，在此简单介

29、绍锻造和铸造。锻造：锻造是把棒状、板状等的铁锭加热，然后用锤子打，或者用油压等加压成形。用这个方法加工的比起铸造在拉伸强度、粘性强等方面好许多，可以制成非常好的制品。强度大而薄，材料的浪费也少。是一 个很好的加工方法。如剑是用这种方法加工的。缺点是价格贵，不适合于大量生产，加工复杂形状的困难铸造：铸造是把金属溶融后注入模具中冷却成形。它的优点是可以制造复杂形状的物体，适合于大量 生产，价格便宜。如压铸加工可以制造强而复杂形状的制品（照相器的机体、铝制车圈等等。但是强度远远比不上锻造。不能进入模具部分的材料浪费（当然这些材料以循环使用）。锻造铸造单件的成本高便宜强度比较强比较弱用在自行车上的制品

30、高级曲柄廉价配件材料和环境 何谓腐蚀：腐蚀是金属和环境之间科学地相作用的结果改变了金属的性质，金属与环境，或者构成它们的一部分实用体系机能受到了损伤。简单地说金属表面变质了。对自行车来说金属表面受损伤时会引起生锈，其中铬钼钢车架最为明显。腐蚀自行车的最大原因是下雨，尤其是酸雨的腐蚀性最励害。铬钼钢和环境的关系涂漆加工粗糙以及没有防锈加工的车架，铬钼钢管表面和涂漆之间开始腐蚀，涂漆部分彭胀起来，或者局部受到腐蚀。若发现自行车受伤，建议把受伤部位擦干净并用锤刀搞平伤口，防锈加工后涂漆。总之伤口 是腐蚀的最大原因。另外，发生应力多的部位也容易生锈，如焊接周围，弯曲部位等。廉价的自行车，焊接后没有热处

31、理（消除应力退火）就出货，这种自行车若发生生锈，局部或整体不断地腐蚀下去。铝和环境的关系 铝从外观上看起来是相当耐腐蚀的材料。尤其是经过铝表面钝化处理的强度更大。这种处理是除了美化表 面外，在铝的表面形成的多孔质地YA1203（氧化铝），用滚水或蒸气处理， 封住其孔（如禧码诺XT.XTR）氧化铝非常耐腐蚀，不被一般的酸溶解 （如盐酸、硝酸等 ） ，只能溶在氟酸等强酸。它也使用在研磨剂里， 不可见它的耐腐蚀性极强。碳纤维和环境的关系 碳纤维含有树脂因此也可以说耐酸。但是对碳纤维来说应多考虑内在因素，它用树脂因此树脂老化的可能 性是存在的。碳纤维制自行车不使用时应该避开阳光，日光和环境的温度对它的

32、影响最大。钛和环境的关系耐腐蚀性极佳 （ 被使用在和原子能有关的部门 ），不怕雨水、不怕受伤、沾上水滴也不用抹干净。用这种材 料制作自行车实在浪费？但是钛也有缺点如前述 （异种金属腐蚀 ），如铝制配件和钛制配件接合在一起时 逐渐被腐蚀掉。除了钛之外，其他金属之间也会发生异种金属腐蚀，尤其是坐管部位，例如，把铝制坐管和铬钼钢车架接 合在一起而不管它时，接触面变成褐色，甚至于无法把它们解脱下来。金属的疲劳度自行车和疲劳 制作自行车车架的材料有铬钼钢、铝、钛、碳纤等。其中用最薄的管来制作的是铬钼钢车架。它的加工性 好，材料便宜，骑感好，但它必需制成薄壁管，这种薄壁的管会有较高的拉伸强度和加工性。 铬

33、钼钢的强度较容易逐渐减弱，也就是较容易疲劳的现象表现在如下。（1）. 同样的冲击力加在各种材料上，铬钼钢薄管所发生的应力最大（容易发生疲劳而引起的破坏 ）。（2）. 对铬钼钢的研究的历史较长，最大限制地利用它的特性制成极薄壁的管，应力虽然发生的各个局部部 位，但是对整个管来说会发生较高的应力。（3）. 由生锈引起的全面腐蚀将会引起管壁的变化，结果这个现象又提高了应力，引起疲劳破坏。（4）. 应力集中在局部而生锈、或者外伤引起的凹处，从该处引起疲劳破坏。（5）. 参加比赛时产生的冲击，使车架发生较高的应力，使用的次数越多，疲劳破坏也逐渐增多。 以上主要是针对铬钼钢，但是近来铝合金制的车架发展迅速

34、，有许多用薄壁的铝管制作的车架，它们是否 上述的铬钼钢制车架一样，发生疲劳破坏呢？尤其是铝没有耐疲劳限度，很小的应力也必定会产生破坏。 其应力越大破坏所需时间越短。现在所出售的极薄壁管的铝制车架，厂家都未明确注明其寿命。焊接和疲劳铬钼钢车架的焊接使用银焊料的焊片焊接较多。铬钼钢管是在再结晶温度下焊接，因此管的强度不会降低，也不会变质。但是所使用焊片加重了管的重量。钛管是使用前述的 Tig 溶接，焊接时所使用的不活性气体的水蒸气、或者不纯物体在溶接时混入的可能性 是存在的，这些事可能将成为引起疲劳破坏的原因。溶接不良使得应力集中在溶接部位，也会引起疲劳破 坏。刚性曾经多次提过决定刚性的重要因素是

35、杨氏弹性模量，但是管的外径也会影响刚性。最大剪断应力 车手骑在自行车上面时，复杂的应力加在车架上面。尤其是转向握把，或者站立骑行而使车子摇摆时，假 若车子的刚性不足时，骑起来很不舒服的。车架的刚性够不够往往是在这种场合被议论。在此着重讲一讲复杂的应力中，在管道上施于扭等动作时的转矩的情况。在转矩存在的状下，最大剪断应力发生在管的外 周，它的公式加下。在此t max是最大剪断应力，M是给管道的外来荷重， Do是外径，Di是内径。所发生的最大剪断应 力由外来的荷重和管的外径、内径所决定。从这个公式可以设想：材料本身固有的数据之外，改变外径、 内径来得到所能承受的最大荷重。下述公式表示管道所能承受的

36、外来荷重。刚性比、重量比在此简单说明加倍外径、内径时的刚性及重量的变化。重量比的计算结果为4倍。2©表示外径、内径为 2 倍。刚性比的计算结果如下所述 8 倍。从上述计算结果可知，改变外径时重量加大到 4 倍，强度增加到 8 倍，效果还是很大的。利用这种方法也 有限度的，外径过于大时对于外来的压力会增加面法线的压力成分，如金属表面容易凹进去（象啤酒的罐般）。车架的寿命车架强度的探索 车友们，希望你的自行车能用多久？除非有经济条件许可者追求新款式自行车之外，一般都希望能使用越 久越好。在此主要记述影响车架强度的金属疲劳问题。在前面已讲过自行车的金属疲劳是不可避免的现象。具体地说：影响最

37、大的是，加在管上的应力、管的材 料、疲劳极限。设计自行车管道时，增加应力的话，不得不增加管壁的厚度。疲劳极限高而薄管壁的加工方法，目前主要 采用 Padded 加工方法，这种方法是：发生集中应力的部位如接合部位，按理应增加该部位的厚度，但是 不增加厚度，代替它的方法是，减少应力小的管道的中心部位的管壁的厚度。在此举几个薄壁管道的例子。高级铬钼钢管：中央部位的管壁厚度为 0.5mm °Dedacciai公司的最高级铬钼钢管的管壁厚度为 0.4mm 铝制车架： Dedacciai 公司的最高级铝管 SC61-10A 的管壁中央的厚度为 0.8mm 。最便宜的铝制车架的 管道的厚度为1.8

38、1.3mm ，可见Dedacciai公司的最高级铝管的厚度多么薄！ 这种薄的管使人感到强度 行不行呀！钛制车架： 关于钛制车架有 Panasonic 的 0.6mm 厚度。另外， 在钛制车架方面最著名的美国 Litespeed 公司，该公司的广告用语是：我们的钛合金的疲劳寿命可达到铝、铁的5 倍。作为自行车运动爱好者来说，能够骑上把管壁加工至极限的薄而轻的车子是可以接受的，但是乘骑的次数 越多，强度越下降，年年要换新的车子的话，薄料的车子有什么用呢，当然专业选手就不同了，他们有练 习用车及比赛用车。是否能够维持性能特性的车架应成为选择车架的条件？车架的外观 容易生锈的自行车让人讨厌，虽然小心爱护自行车，但是总是会生锈，爱护车的人看到这种现象很心痛的。 因此人们寻找不会生锈的自行车如铝或钛制自行车。笔者心目中的理想的自行车材料的选择 已经介绍了几种自行车材料，总地来说，骑感好的是铬钼钢制的、要轻的是铝制的，冲击吸收性最好的是 碳纤。钛合金制的上述各种性能都不是最好的，但是为什么对