认识自行车材料（转载）

引用 QZY 2006-10-16 17:05

增强材料 <br/>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。<br/><br/>固溶体强化<br/>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。<br/>「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*向四周」。<br/>比母体的原子半径大的原子进来时<br/>「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*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。<br/><br/>析出强化<br/><br/>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。<br/>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。<br/>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。<br/><br/>硬度加工来增强的方法<br/>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)。<br/><br/>结晶体的微细化来增强<br/>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)。<br/><br/><br/>铬钼钢 （Fe-Cr-Mo）<br/><br/>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。<br/><br/>铬钼钢是铬、钼的合金。它的性能如下：<br/>○淬火性好。<br/>○对回火处理的抵抗性大。<br/>○回火脆性倾向少。<br/>○高温加工性好，加工后美观。<br/>○熔接性好。<br/><br/>●铬钼钢车架的优点<br/>(1).加工性好<br/>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。<br/>(2).冲击的吸收性能好<br/>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。<br/>(3).焊接容易<br/>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。<br/>(4).价格便宜<br/>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。<br/>●铬钼钢车架的缺点<br/>(1).容易生锈<br/>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)。<br/>(2).金属的疲劳显著(应力集中引起的金属疲劳)<br/>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。<br/>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

引用 QZY 2006-10-16 17:06

●钛合金车架的优点<br/>(1).可以制作轻量而强度大的车架<br/>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。<br/>(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。<br/>「粘住、咬合」：金属之间通过腐蚀来接合的现象。<br/>「烘焙接合」：加工金属时所产生的热量来溶融接合。<br/>(3).骑感好<br/>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。<br/>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。<br/>●钛合金车架的缺点<br/>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。<br/>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。<br/><br/><br/>碳纤维 （CERP) <br/><br/>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，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。<br/>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)<br/>●碳纤维车架的优点<br/>(1).可以制作重量轻的车架<br/>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。<br/>捷安特的碳纤维车架非常轻，2000年的型号1.2kg重<br/>(2).冲击吸收性好<br/>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。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。<br/>(3).可以制造各种形状的车架<br/>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。<br/>●碳纤维车架的缺点<br/>(1).复杂的应力计算<br/>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*厂家的制品是很重要的。<br/>(2).难于更改尺寸<br/>由于作好模具后成型，难于更改尺寸。无法相应多尺寸多款式的订单。<br/>(3).老化？<br/>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。<br/><br/><br/>金属为基体的混合物（M2，MMC) <br/><br/>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。<br/>●金属为基体的混合物车架的优点<br/>(1).可以制作重量轻的车架<br/>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。<br/>(2).刚性高<br/>如SPECIALIZD的M2车架使人感到很结实，管的直径也大，刚性也好。<br/>●金属为基体的混合物车架的缺点<br/>(1).焊接<br/>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

引用 QZY 2006-10-16 17:08

<p>本文转自：极速单车网</p><p>希望车友们不仅仅停留在盲目的骑行上,真正要学,东西还很多哦</p>

引用 ronaldb 2006-10-16 17:29

<p>好的，对菜鸟很有帮助。</p><p></p>

引用 jonelee 2006-10-16 20:01

好文章,收集了!

引用 回忆冰雪 2006-10-16 20:48

收下，回去慢慢学习

引用 泡泡面 2006-10-16 21:06

我复制下明天看1晚上~~~

引用 贝尔X-1 2006-10-16 22:18

顶技术帖！

引用 龙骑士HJ 2006-10-16 23:01

感觉我高中上的工程材料跟工程力学么

引用 山猫 2006-10-17 13:07

太高深了,身为化工系的我都不怎么看的懂.

引用 foxracing 2006-10-17 23:28

顶！建议整天问这问那的好奇宝宝们都来好好拜读一下。

引用 岩石 2006-10-18 08:04

是啊,一个很好的学习帖................

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