使用了哪些不同的框架材料?


22

在回答另一个框架材料问题时,我认为从一个更易于回答的问题开始可能会很有用。请为每种材料提供一个答案,并举例说明使用该材料的自行车车架。

请使用我在答案中使用的格式,以便轻松比较材料。

如果有人希望列出全部400多种钢合金,我认为没有什么害处,但是“钢”必须特别是低级低碳钢而不是特定合金。同样适用于铝,钛,镁和其他金属。

对于复合材料,包括金属复合材料,我再次希望使用带有细节的具体示例(钢筋混凝土与凯夫拉尔/聚酯复合材料之间存在很大差异)。我也希望看到其中包括怪异而奇妙的自行车。

用料

(即索引答案。请在添加答案时更新链接):

金属制品

  • 铝合金自行车
  • 钢自行车
    • 哥伦布钢铁 (尚未撰写)
    • ChromeMoly Steel(尚未编写)
    • 煤气管钢
    • 石w制铁 (尚未撰写)
    • Kaisei Steel (尚未撰写)
    • 软钢
    • 雷诺钢铁(需要扩展)
    • Tange Steel (尚未撰写)
    • Vitus / Super Vitus Steel (尚未编写)
  • 金(纯) (理论上)
  • (尚未写)

有机

复合材料和聚合物

布局特定


我猜想有一些用塑料制成的儿童自行车-聚苯乙烯或类似的东西。
Daniel R Hicks

绝对是 我只是不确定是复合还是演员,需要做一些研究。
莫兹

:自行车车架的理论探讨由金bicycles.stackexchange.com/questions/23632/...
莫兹

1
@ebrohman-这会使词汇表混乱,我们总是可以在词汇表中放置一个指向它的指针。这个问题主要针对那些出于某种原因而关心特定车架材料变化而不是整个自行车包装的人。
蝙蝠侠

2
人们是否可以避免在没有给出答案的情况下向索引中添加随机内容。我不知道什么是“gaspipe钢”,为examplel,但我怀疑它的“软钢”,并没有解释这是很难知道
Nuі

Answers:


7

骨头

干燥骨的平均密度为1.84 g /cm³。

对于自行车架而言,这将是一种非常糟糕的材料,并且很可能任何骨骼自行车的中间都确实具有金属芯。

在此处输入图片说明

优点

  • 冲击因子,或作为服装的一部分(“死亡骑着苍白的马”)

坏处

  • 骨骼本身并不是特别结构化。骨骼也由肌腱,软骨和软组织制成。

  • 耐用性-干燥的骨头会变脆,很容易折断。

  • 不宽容-裂纹可能会很快从细发际线到完整断裂。


6
优点:如果您的车架确实开裂,则医院和自行车商店不同,通常会清楚地标出路标,并具有修复骨头的经验。
大卫·里希比

6

软钢

密度范围为7.75至8.05 g / cm3

许多BSO由低碳钢或再生钢制成,对其成分的关心很少,因此实际上是低碳钢。例如,这款KMart自行车。有关BSO识别的问题还有更多。

在此处输入图片说明

好处

  • 便宜买
  • 易于使用-技术通用且机械价格适中
  • 易于维修-如果您的自行车是钢制的,则可以使用锻造工具将其固定,因此比其他任何车架材料都更容易维修。

缺点

  • 弱/重-对于给定的强度,您需要比其他常见框架材料更软的钢。
  • 生锈-油漆中的碎屑或浸入水中会导致框架腐蚀。

6

密度4.506 g /cm³

好处

  • 钛具有许多积极的特性,使其成为自行车车架的理想选择。钛具有优异的伸长率,拉伸强度和疲劳强度。钛制框架通常可以像铝制框架一样轻巧,但使用寿命却长于钢制框架(或长于钢制框架)。
  • 钛即使在腐蚀性环境(例如海水)中也具有出色的耐腐蚀性,并且不需要喷漆或涂层。这也可以简化维护,因为轻微的划痕和污点无需重新涂覆不会造成任何问题。
  • 可以使用钛制成“高端”的轻质坚固框架,使用寿命长。钛目前是定制和一次性框架的首选材料。设计和制造单个钛框架具有成本效益(相对而言),而其他“高端”材料(如碳)设计和制造单个框架的成本过高。

缺点

  • 钛是一种昂贵的材料。原材料价格通常高于其他金属期权。(也许除了纯金)。
  • 钛可能很难使用。钛需要不同的程序进行机加工和焊接。不遵循这些程序会导致焊缝污染,从而导致失效。
  • 钛是不良的导体,因此该框架不能用作照明电路的一个分支。

在此处输入图片说明


您说钛是“致密的”,但与其他高强度金属相比,它实际上相对较轻。
埃里克·谢恩

比铝密度更高,比钢密度更低。
删除的用户

除非您没有将其与铝进行比较,否则只是说明它是致密的。与钢铁相比,密度不高。如目前所写,该陈述即使不是假的也具有误导性。为什么不解决它呢?
埃里克·谢恩

缺点:无内部布线。至少这是我从自定义框架中观察到的。不知道为什么。
Dmitri Nesteruk '18

一些定制制造商在钛框架上提供内部布线。没有理由不能做到这一点,只是很少见。
删除的用户

5

胶合板

密度

  • 针叶胶合板0.46-0.52 g / cm ^ 3
  • 0.62 g / cm ^ 3混合胶合板
  • 桦木胶合板0.68 g / cm ^ 3

从技术上讲,胶合板已经以多种不同方式用于制造自行车车架。最明显的两个是片状材料和线性材料。

好处

  • 木材易于加工(工具便宜且容易获得)
  • 胶合板很容易找到

缺点

  • 甚至比低碳钢弱,使设计困难且框架沉重
  • 环氧复合材料,因此需要小心选择环氧胶(胶水和密封胶),并且可能有毒
  • 框架的关键部分仍将是金属,或者必须付出很大的努力才能用木头制成。
  • 耐久性不是很好(几年而不是几十年)

胶合板单车

索耶自行车尤尔根·库伊佩尔斯通过CityLab

线性胶合板自行车

通过CycleExif的黑猩猩胶合板自行车

桃花心木胶合板自行车
(来源:coocan.jp

Sueshiro Sano的SANOMAGIC桃花心木自行车


2
当然,当我在欧洲长大时,很多孩子会学习骑乘胶合板踏板车类的东西,称为学习者自行车。我知道它们并不是真正的自行车,但对于许多人来说,它们是自行车生活方式的重要组成部分。而且,它们非常耐久,我的三个兄弟姐妹和我都在同一辆学习型自行车上学习,然后将其传递给另一个家庭。germes-online.com/direct/dbimage/50248721/…–
Paddy Livingstone,

5

碳纤维增强聚合物

密度范围为1.75–2.0 g / cm3,并随类型和铺层而变化。

碳纤维(CF)框架由固定在聚合物树脂(通常为环氧树脂)中的碳纤维片制成。

1975年,首款CF管自行车问世,即埃克森Graftek,它带有钢制表耳,容易断裂。随后在1986年,Kestrel和Trek发布了完整的CF框架自行车。

埃克森Graftek CF管和钢制耳

碳纤维自行车的现代高端示例是Pinarello Dogma F8,它由Sky队和Bradley Wiggins队骑乘。 在此处输入图片说明

尽管谢尔登·布朗(Sheldon Brown)和其他人对CF并不十分热衷,但有很多人认为CF是快速赛车和骑行的最佳材料。

好处

  • 很高的刚度/重量比可能导致框架变硬但非常轻。
  • CF具有方向性强度,这意味着根据纤维的排列,它可以用于制造框架,该框架在传递动力时很坚硬,而在吸收道路振动时却很顺从。
  • CF能够形成多种形状,这意味着与金属相比,可更轻松地制造航空轮廓管。
  • CF与金属的磨损方式不同,这意味着它在理论上可以无限期地使用,因为它在规则的力下不会磨损。即使没有涂层/涂料,CF也不会腐蚀。
  • 尽管上叠过程会花费很多时间,但并不需要很高的技能。这意味着技术水平较低的工人能够生产CF框架。
  • 也许有些人喜欢CF自行车的外观和状态。我记得当我第一次买到CF自行车时,我的非骑自行车朋友怎么会认为这是某种太空飞船,想举起它只是为了感觉它的重量。

缺点

  • CF框架价格昂贵,原因是手工放置所有CF条要花费很长时间。
  • CF框架(或任何零件)需要更仔细和合格的组装。必须使用特殊的润滑剂以防止零件粘结在一起,CF不会像金属一样承受过紧的拧紧。
  • CF框架易于损坏。因为CF具有方向性强度,这意味着它对未设计成承受力(即碰撞)的力的抵抗力较小。如果以CF纤维本身不承受应变的方式施加力,则聚合物基体承受所有力,因此更容易折断。
  • 同时,损坏通常不明显。如果金属框架有明显的凹痕或弯曲,则CF框架可能看起来没有损坏,但实际上可能在内部分层,从而导致以后突然发生意外故障。
  • CF不容易修复;实际上,许多人会说无法修复。无论如何,如果昂贵的CF框架坏了,您可能就不想再次在它上面运行,以防万一维修工作突然失败。
  • CF自行车迅速失去价值。如果您购买CF自行车,可能是因为您想参加比赛,或者至少要快骑,因此,在您的价格点上,您购买的产品处于技术的最前沿。但是,由于CF自行车技术在过去的20年中发展非常迅速,并且现在仍在不断发展,这意味着您的购买将很快被更新的自行车所淘汰。
  • 许多购买CF自行车的人最终都会拥有远远超出其能力的自行车。保时捷911的学习驾驶者不会比日产Micra快得多。人们对CF自行车的市场主张不满意,因为CF自行车是购买优质自行车的唯一选择,或者说,这是提高速度而不是训练更多并减掉几公斤体重的最佳方法。

2
碳纤维本身的材料实际上相当便宜。除了用于铺叠的劳动力外,还存在制造模具的问题。模具的生产可能很昂贵,而且成本必须分散在由其生产的框架上。这就是为什么定制全碳纤维车架并不是真正的东西。生产单个CF框架的初期投资很高。
删除的用户

另一个优势是乘坐质量。尽管坚硬,但碳纤维框架还是经过阻尼处理,通常比铝制的骑行性更好。
埃里克·谢恩

@DeletedUser他们不是便宜-仍然多次比钢更广泛的,说。但是,是的,人工和模具也是成本的很大一部分。
没人

4

木质自行车

这更多是技术上可行的示例,而不是特别实用的材料。

优势

  • 稀有/冲击价值

缺点

  • 很难用木头做轴承
  • 由于材料的限制,需要对性能进行许多折衷

木质自行车

Slawomir Weremkowicz提供的纯木制自行车(通过BuzzHunt)


3
我只是注意到链条是用木头制成的。
Criggie

3

纯金

在此处输入图片说明

注意:此图片不是纯金自行车-刚刚镀了。

这个答案在现实生活中还没有完成,但是在“您能用24kt黄金制成自行车架吗?

优点

  • 金光闪闪的因素-它看起来像“哇”。这是一种令人眼花display乱的财富显示,旨在打动其他人。

缺点

  • 材料强度和硬化-加热和淬火后,金不会像钢一样硬化

  • 变形-辍学的寿命非常有限,因为它们会在压力下挤压。您的辍学者必须用比黄金更好的东西制成。

由于上述两个原因,车轮和轮辐,轮轴,曲柄链盒,轴承,制动部件,鲍登线,轮辋,奶嘴和螺母不能用金制成。

  • 磨损-纯金不是很耐磨损。这就是为什么日常珠宝通常由9或18克拉金而不是24克拉纯金制成的原因。您的黄金自行车将开始擦拭它刷过的任何东西。任何形式的事故都可能使沥青上的金尘淋漓。下面的更多内容。

  • 重量-金为19.32克/立方厘米。钢的重量变化范围为7.75至8.05 g / cm ^ 3,铝的变化范围为2.7 g / cm ^ 3,碳纤维更难固定,但纤维本身的强度为1.6至2.2 g / cm ^ 3。纯铅比金铅更轻,因为铅只有13.55 g / cm ^ 3

  • 成本截至2016年11月15日,黄金价格为每公斤39,600美元。假设材料的强度可以应对,那么重量仅为780g的超轻型碳纤维自行车车架仅材料一项就要花费您30,000美元。一个更可能的5公斤车架将花费您200,000美元。即使撞坏了自行车并擦掉5克黄金,路边也会留下价值200美元的金属。


实际上,这更可能是电镀金的钢制自行车,或者是在一层非常薄的9克拉金下面的阳极氧化铝框架。


2
这不是一个好答案,因为尚未制造出这种自行车。因此仅是理论上的。
克里吉

3

竹和竹碳纤维复合材料

竹自行车比大多数人想象的要长得多。竹自行车的第一项专利分别于1894年和1896年在英国和美国发布。

随着“绿色思维”的问世,竹自行车正逐渐流行起来。

竹碳纤维复合框架。由Biotic Bikes提供

在此处输入图片说明

与许多其他框架材料相比,带有金属/复合材料接头的竹管框架可以更轻松地在家中建造

好处

  • 高强度重量比,比钢更高的拉伸强度!
  • 自然振动控制,使乘坐更舒适
  • 可持续发展
  • 轻巧的竹子,密度为0.35 g / qcm
  • 在世界许多发展中国家,竹自行车刺激了当地产业

缺点

  • 如果没有适当的质量控制程序,原材料自然会受到损害
  • 由于竹子是天然材料,因此无法保证外观一致(某些人认为这是一种优势)

3

铍(合金)

可笑的稀有金属和令人印象深刻的高性能金属。它的密度为1.85 g / mL(与碳纤维相当),抗张强度为270 MPa,杨氏模量(刚度)为300 GPa(优于钢)。铍及其合金广泛用于航空航天和国防应用。

不幸的是,有一些缺点。首先,由于它的刚度与其强度不成比例,所以它在低伸长率时失效。这意味着它很脆。这也使其难以工作,并且需要非常劳动密集的制造过程来正确地形成它。由于其极其稀有,仅散装金属的成本约为8,000美元/千克。而且,这种金属有剧毒,其灰尘或蒸气会杀死您。

我只知道一个铍框架自行车的例子。布什·威尔曼(Be公司)在1990年以25,000美元(以1990年的美元价值)制造了一辆美国自行车制造M-16山地车的车架。我相信镜框重约900克。

ABM铍框架自行车


如何确保安全使用?您只是在整个框架上涂漆,希望没有任何部分裸露在外,还是只是确保您不会意外刮擦它?
Dmitri Nesteruk '18

我认为基本上就是这个主意。他们只是为了展示而做,从来没有认真的商业化推动。安全性可能从来没有那么好。
比尔

2

钢丝绳又名张拉张拉完整性

这不是唯一的框架构建材料,因为电线或电缆只能在张力下工作。因此,这辆自行车至少需要两根其他不可压缩材料的横梁,这些横梁是主梁和座杆的形式。

之前: 在此处输入图片说明

仅需一根电线即可实现更现代的结构: 在此处输入图片说明

好处

  • 较少的前部区域,较低的风阻,因此更加空气。

  • 理论上比管轻。

缺点

  • 实际上,它不比管轻,因为主梁必须更坚固,而钢缆首先也不轻。

  • 奶酪切碎机-发生事故时,顶丝/顶管会因其较小的尺寸而造成明显更集中的损坏。就像那些用来切碎花式奶酪的嘲讽丝一样。 畏缩

  • 柔韧性-这些自行车在水平方向上过分柔顺。

未来

凯夫拉尔电缆和碳纤维主梁已经取得了一些进展。


3
可能适合折叠自行车。
伊恩

1
有趣的是,目前没有Brompton / Tern / Dahon / etc等折叠式自行车。使用紧张感。只有1960年代和1970年代的一些旧款。
RoboKaren

2

亚麻纤维/纤维

Schwinn Vestige是由亚麻纤维制成的(亚麻是90%,碳是10%)。

在此处输入图片说明

http://bicycletimesmag.com/review-schwinn-vestige-made-from-flax-fiber/

好处

  • 绿色-看起来很环保。

缺点

  • 绿色清洗-它不像看上去那样具有生态意义。

您可以编辑此内容以至少描述材料的一些优点和缺点吗?
莫兹

@Móż对不起,我不认识他们:)
tymtam

优势-适销对路!看看框架管内漂亮的灯!缺点是价格昂贵且时髦,而且没人知道其长期可靠性。
Criggie

2

塑料

密度

聚丙烯(三角形#5)
〜0.91 g /cm³低密度聚乙烯(三角形#4) 〜0.92
g /cm³高密度聚乙烯(三角形#2)
〜0.95 g /cm³聚苯乙烯(三角形)1.03-1.06 g /cm³ #6)
像PETE这样的水瓶(三角形#1)为1.35-1.38 g /cm³
对于PVC聚氯乙烯(三角形#3)为1.32-1.42 g /cm³

自70年代以来,已经进行了一些尝试来制造塑料自行车的尝试。建筑材料包括Lexan和HDPE(高密度聚乙烯),但我找不到在成人自行车上取得商业成功的任何证据。塑料儿童自行车很受欢迎,但通常以不带踏板的平衡自行车的形式出现(从技术上来说还是自行车吗?)。

在此处输入图片说明 https://www.designboom.com/cms/images/user_submit/2011/07/frii5.jpg

优点(对于儿童自行车)

  • 轻巧的
  • 便宜的
  • 无锋利边缘

缺点

  • 过于灵活
  • 暴露在紫外线下会恶化
  • 尴尬的

几年前,我在博物馆里看到过一辆塑料制成的成人自行车。它是在1980年代制造的,因此肯定有尝试。最后一点“令人尴尬”是正确的,但它反映的是人性,而不是材料的特性。许多现代碳纤维自行车看起来同样令人尴尬,通常是计时赛和铁人三项赛中发现的昂贵自行车。汽车公司作为辅助项目制造的产品令人尴尬地尴尬,因为他们试图将汽车的美观性带入自行车形式,并且失败10/10次。
Grigory Rechistov

2

密度2.985 g /cm³

“ Scan框架”实际上是指带有少量small(通常小于1%)的特定铝合金框架。

在此处输入图片说明

好处

  • 与铝类似的优点,轻巧而坚固。
  • 比其他铝合金更坚固耐用。俄国人从built制造导弹零件,用于设计用于通过极地冰发射的导弹。战斗机的MiG系列零件也由scan合金制成。
  • dium还提高了铝焊接的耐用性,这意味着焊缝不易失效,并且可以减小接头处的管厚度(更轻)。

缺点

  • 相当昂贵,相当利基。最初可能比碳便宜,但是随着碳变得更便宜,制造技术不断提高,碳变得更好了,直到最近,碳已经被抛在后面了。

  • 比其他铝合金贵。比碳调音差。不如钛调音和耐用性差。

摘要

dium最终(当前)是一种非常利基的材料,它比所有其他材料都具有优势,但通常仅占优势。作为一种非常非常高端的铝材,它处于一个怪异的地方,人们可以轻松地跳过购买,而只需多花一点钱就可以转向钛或中等价位的碳纤维车架。科纳觉得这个在2008年八年后,他们将推出碳山地车架约钪。对我来说,碳的价格最终到达了scan的用途非常有限的地方。


dium(从技术上讲是a铝合金)在短时间内很受欢迎-萨尔萨舞,伏都教,科纳都在某一点制作了frames框架。科纳指出:

dium是地球上第八大最丰富的稀有元素。dium是一种从地壳中提取的银白色金属,是一种有效的晶粒细化剂,将其添加到铝合金中后,可使材料的强度和耐用性提高50%。它通过“拉直”合金晶粒来做到这一点,从而使金属不易失效。冷战期间,这些狡猾的俄罗斯人首次使用这种导弹,用guiding合金制成的导翼在导弹上可以承受难以置信的力量,即使通过极地冰盖发射,也不会遭受任何破坏。dium合金继而成为苏联制造飞机的高度优势,为其带来了难以置信的重量,机动性和射程优势。

正是这种强度和耐用性使Scan合金在制造自行车时如此有吸引力。强度要高得多(Scan合金的强度是6061或7005铝的两倍),以至于我们能够使用更少的材料来获得类似于钢的骑行特性。而且,我们喜欢钢的性感,柔顺感。有了Scandium,我们可以将铝制框架的重量减少10%至15%。

资料来源:http : //konabikeworld.com/08_tech_scandium.htm

http://salsacycles.com/bikes/archive/campeon


1

3D打印

答案需要完成

在此处输入图片说明



鉴于可以进行3D打印的材料很多,我们不需要为每种材料都提供3D打印的答案。
伊恩

@Ian True,但是3D打印以与传统意义上使用这些材料完全不同的方式放置塑料或金属。因此,“ 3d打印钢”看起来不会像带有钎焊或凸耳的钢管,并且其作用肯定也不同。我明白您的观点,即钢材就是钢材,这个问题与材料有关,而不与制造过程有关。可以酌情使用downvote。
Criggie

2
@Criggie,我在考虑3D打印钢的单独答案,而不是将其与钢管答案或钢板答案结合使用。
伊恩

1

木雕

虽然比胶合板,竹子或高密度木材要贵,但确实存在用雕刻木管(甚至硬木)制成的框架。

好处

  • 方向强度(有点像CF)可以使框架坚固而又能吸收振动
  • 强度重量比好
  • 潜在的生态友好
  • 壁厚不易凹陷
  • 外观和感觉很棒(主观)

缺点

  • 需要更厚的管子
  • 好不好用
  • 除非经过特殊处理,否则容易受潮气损坏
  • 由于劳力而非常昂贵(有时还需要外来木材)

1
值得注意的是,莱特兄弟(Wright Brothers)制造木制自行车。
Daniel R Hicks,

1

煤气管钢

用于制造廉价自行车的“高强度”或低碳钢管的一个取舍性术语。由于低端自行车是用低质量的钢制成的,因此制造商可以通过使用笨重的粗管来补偿。

这些管通常是单规格或普通规格的,因此它们沿管的壁厚始终保持一致,而更高质量的框架则由对接管制成,对接管的厚度可能取决于载荷和到焊缝的距离而有两种或三种不同。

与其他钢材的区别

所有的钢都具有相同的“杨氏模量”(刚度的度量),强度与气管之间的变化是强度,因此,拉伸到0.4mm厚度的气管钢(最薄的雷诺管)将在较小的压力下弯曲。

好处

  • 成本。这种普通规格的油管比较便宜。
  • 效率。对接管必须按要求的长度制作。可以订购更长长度的普通管,然后根据需要进行切割以减少浪费。
  • 可修复的。与大多数其他框架材料相比,钢的固定容易得多。

缺点

  • 重量。裸钢框架及其前叉的近似重量。

油管重量
雷诺531 Superlight / 531pro / 753 5.5磅至5.75磅或2.5-2.6千
克雷诺531DB / 531C 6磅或2.7千
克雷诺531ST(标准管)7磅或3.2千克
优质普通规格油管7磅至9磅,或3.2-4.1公斤
便宜的普通规管路9磅至13lbs您,或4.1-6千克

注意:“ 531”表示不同质量的管道类型。有关更多信息,请参见此CW中的雷诺条目。

在此处输入图片说明

那是脚手架管,英寸和第八个气管,英寸和第八个531气管(⌀≈29mm),英寸气桶和英寸531气管。“气桶”是指实际上用作气体管道的材料。

这是一辆汽油自行车-一种“ olmo”,您看不到它很重。 http://farm9.staticflickr.com/8235/8437368001_3f68541870_b.jpg


请注意,从技术上讲,管道是由已轧制的扁平金属制成的,并通过缝焊连接。管子形成为封闭的形状,没有接缝。

另请参阅此CW中其他地方的雷诺和Ishtawa钢条目。


写得好,有趣。我很难看到与低碳钢和BSO的区别。您介意使它更清楚一点吗?这是用于旧式廉价但可靠的自行车(与BSO相对)的钢材类型吗?还是BSO的低碳钢是一种子类别,因为恒定的壁厚决定了它?
gschenk '17

恐怕还要再说两点:(i)第一张照片中的“气桶”,是用于焦炭或天然气的实际管子,还是框架材料(9/8英寸= 28.6毫米,正确吗? )。(ii)我认为531x是用于心轴成型管的优质钢吗?字母代码(由我用xx表示)是否指向钢材或制造过程?简要说明一下可能会有所帮助,因为对531xx的简短搜索似乎无法立即使它清晰明了。干杯!
gschenk '17

@gschenk 531是雷诺钢铁公司的一种格式。这个答案有待写。
Criggie

@gschenk“气桶”管是用于输送高压气体的真实管。它不太可能使用的直立汽油管会被用于自行车,因此,它是单规管的贬义或侮辱性名称。“桶”是天然气世界中管道的另一个名称。
Criggie

@gschenk BSO是一整辆自行车,而汽油管只是油管。因此,它们是来自不同世代的术语。现代自行车正在使用直径可变的椭圆形管,因此不再需要加油管了。
Criggie

1

铝合金

历史

第一批铝制自行车是在本世纪初左右制造的。那就是:19世纪。铝被用作自行车车架材料的最早文献是Clement Cycles在1893年的一次巴黎贸易展上制作的三个例子。这辆自行车不是用内胎制成的,而是坚固的整体式铝铸件!

克莱门特铝合金自行车,1893年

当然,这在当时是非常令人印象深刻的,因为铝是1856年才首次工业生产的。但是,正如您可以想象的那样,这些实心框架非常重且不是很好。

在接下来的80年里,铝作为框架材料仍然是一种好奇,而钢框架则主导着性能和实用性市场。直到开发了TIG焊接并在70年代变得普遍之后,这种情况才会改变。这种进步使得挤压空心管的结构得以实现,并可能获得更好的性能。

1974年,麻省理工学院机械工程专业的学生马克·罗森鲍姆(Marc Rosenbaum)决定尝试为其高级论文制造铝制自行车。他利用了铝的低密度优势,并用大直径的管子和非常薄的墙壁制造了他的自行车。他的努力的结果是使一辆履带自行车的重量减轻到了12.3磅!

这是一篇很棒的文章。https://www.sheldonbrown.com/AluminumBikeProject.html 马克·罗森鲍姆(Marc Rosenbaum)的MIT铝制自行车,1974年

紧随其后的行业。加里·克莱因(Gary Klein)于1977年为宽管铝合金自行车架申请了专利,并创立了克莱因自行车公司。坎农代尔(Cannondale)于1983年推出了CAAD的第一个模型,随后不久,阿尔(Al)也加入了该专家的行列。Miguel Indurain于1995年在铝Pinarello Keral Lite铝材上赢得了首个TdF,在直到1999年被碳替代之前,它们一直是首选材料。

Miguel Indurain的Pinarello Keral Lite,1995年

如今,铝制自行车车架已成为大多数新产品的生产方式,而取代钢的成本最低。您可以从每家百货商店购买铝框自行车。铝还以最高水平出现在专业车队中,乔尼·布朗(Jonny Brown)的Specialized Allez赢得了2018年美国公路锦标赛的冠军。

乔尼·布朗(Jonny Brown)的Specialized Allez Comp,2018年

材料特性

大多数结构金属具有相似的最大强度重量比。这是由于金属键的物理作用。铝合金与钢和钛合金遵循相同的曲线,但单位体积的密度和强度较低。这具有一些含义:

铝对于尺寸受限的高强度应用不是很好。铝永远不会是螺钉,螺栓或铆钉的极好材料,因为它将是钢强度的一小部分。

但是,对于自行车胎,情况则相反。具有相同直径的大直径管和薄壁管较轻。这是因为在扭转情况下,管的刚度(惯性矩)与半径的立方成比例,并保持相同的总材质。然而,足够细的管容易受到局部壳体屈曲的影响。这种效果限制了钢管的厚度。因为铝的密度要小得多,所以相同质量的铝可以制成直径和壁厚都更大,因此更硬的管。可替代地,可以使同样刚性的框架比钢轻。如今,大多数铝制框架的管子都比钢制自行车的管子宽得多,但实际上这些管子的宽度小于理论上的最佳宽度。为了抵抗操纵负荷并改善空气动力学而做出了一些折衷。

强度-密度

铝在空气中会自我钝化,这意味着氧化的金属可以保护下面的金属免受腐蚀。这意味着铝不会在淡水或空气中生锈。但是,铝容易受到腐蚀钝化膜(包括盐水)的溶液的腐蚀。对于海洋环境和道路盐渍化的冬季,这是一个问题,您应该覆盖所有裸露的铝。

铝合金在约600°C熔化,并且相对容易铸造。但是,高强度应用更喜欢锻造铝,因为这可以使晶粒沿有利方向排列。铝也比钢或钛容易加工,并且不会因加热而明显硬化。许多高质量的现代铝制框架是通过液压成型制成的,其中高压水迫使铝管进入阴模。此过程可提供相当大的设计自由度,并且铝管的形状比钢要大,尽管程度要比碳小。

通常认为铝合金没有疲劳极限。这意味着在足够高的循环计数下,任何负载最终都会导致故障。因此,可以看出铝制框架具有有限的使用寿命。这与诸如钢的材料相比,在低于疲劳极限的负载下具有(实际上)无限制的循环极限。这并非完全正确,铝合金在最高循环次数范围内具有指定的疲劳强度。但是,铝的疲劳强度定义不如钢,因为其疲劳图在任何时候都不会急剧弯曲。以我的经验,精心设计的铝制框架的使用寿命将比大多数人保持运转的时间更长。我的日常司机今年二十岁。大多数人(虽然可能不是读者)没有那么久的自行车。

6061T6是循环中最常用的铝合金。它用途广泛,强度适中,易于通过TIG焊接。7075的强度约为其两倍,但不能焊接,并且容易产生微裂纹。许多自行车制造商对于使用的合金都有自己的商标名称,这些名称可能与上面的相同或不同。存在许多稀有合金以及诸如镁和exotic的元素。

铝6061T6

  • 密度:2700 kg / m ^ 3
  • 屈服强度:276 MPa
  • 极限强度:310 MPa
  • 杨氏模量:69 GPa
  • 屈服伸长率:0.4%
  • 断裂伸长率:12%
  • 疲劳极限:97 MPa
  • 布氏硬度:95

铝7075T6

  • 密度:2810 kg / m ^ 3
  • 屈服强度:503 MPa
  • 极限强度:572 MPa
  • 杨氏模量:72 GPa
  • 伸长率:0.7%
  • 断裂伸长率:11%
  • 疲劳极限:159 MPa
  • 布氏硬度:150

只是为了比较:

4130铬

  • 密度:7850 kg / m ^ 3
  • 屈服强度:435 MPa
  • 极限强度:670 MPa
  • 杨氏模量:205 GPa
  • 屈服伸长率:0.2%
  • 断裂伸长率:25.5%
  • 疲劳极限:320 MPa
  • 布氏硬度:195

钛6Al4V

  • 密度:4430 kg / m ^ 3
  • 屈服强度:880 MPa
  • 极限强度:950 MPa
  • 杨氏模量:114 GPa
  • 屈服伸长率:0.8%
  • 断裂伸长率:14%
  • 疲劳极限:510 MPa
  • 布氏硬度:334

东丽T700S碳纤维(UD)

  • 密度:1800 kg / m ^ 3
  • 极限强度:2550 MPa
  • 杨氏模量:230 GPa
  • 断裂伸长率:1.7%

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雷诺钢铁

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雷诺对接油管于1897年首次获得专利。

雷诺钢有许多不同等级。最常见的是531(发音为“五,三,一”),它于1935年首次生产,但是在New Old Stock之外或已通过特别命令不再出售。该钢还用于Jaguar XKE汽车底盘,并协助获得了环法自行车赛27项冠军。替代品是520和525,与531类似,但也可以焊接。

列出其他一些代码及其含义和用法 753(雷诺兹要求认证),953、725、631、853、525。

解释数字 531从合成中获得名称。五份锰,三份碳和一份钼。


好处

  • 一流的钢管
  • 被认为是建筑和日常使用的“宽容”材料

缺点

  • 提供许多不同的等级
  • 热处理要求因等级不同而异
  • 某些等级不允许对框架进行冷固
  • 钢可能会遭受腐蚀问题

参考文献

http://bikeretrogrouch.blogspot.co.nz/2013/12/reynolds-tubing.html

https://zh.wikipedia.org/wiki/Reynolds_Cycle_Technology#Tubing_types此处的油管代码大列表。


雷诺不是一种钢,它是钢合金的制造商。它不应是与其他高强度钢分开的“类型”材料。例如,可从哥伦布获得类似的钢。
埃里克·谢恩
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