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钢、铝、钛、碳纤维是现在自行车车架比较常用的材质,每一种材料的都有它的优点和缺点,只能说合适自己的才是最理想的。
用于自行车的所有金属都是合金。没有纯铁(钢是铁和碳的混合物)、纯铝、纯钛制造车架的,碳纤维略有不同。
车商经常会提到使用航空级金属——但实际情况是,无论是用于飞机还是自行车车架,这些所谓的级别只不过是指定的合金都必须符合的某些质量要求。声称由“军用级”材料制成的自行车与不是由“军用级”材料制成的自行车之间可能没有区别。
决定自行车车架的两个主要因素:刚性和韧性。刚性越大、越不容易变形,但是会直接断裂(刚性通常通过杨氏模量(Young's modulus)决定,杨氏模量越大,越不容易发生形变。)。韧性:材料的韧性与刚性相反,坚韧的材料更具延展性,因此比断裂更容易变形。出于安全考虑,车架最好能在断裂前先变形,因为这可以作为对即将到来的骑手的警告。
钢
钢是所有工程材料之母。它非常耐用且制造成本低廉,钢框架的减震效果也很好,同时易于被修复。
钢的刚性是铝的三倍,是钛的两倍。
同时钢容易生锈,当然不锈钢在很大程度上解决了该问题。
由于密度较大(相比较其他材料)所以钢架车更重,随着超高强度钢(UHS)的引入,使得钢管可以做的更薄,理论上如果管子足够细,
就可以制造出重量与现在最轻的车架差不多的车架。然而,耐用性会受到很大影响,因为这种薄壁管非常容易凹陷、损坏和弯曲。组装薄壁管也也比较难以组装,焊接产生的热量会影响热处理并降低焊接区域的强度。
铝
铝的刚性仅为钢的1/3左右。
铝比钢轻,对于其结构目的来说足够耐用,非常实用,最重要的是,价格实惠。
自行车行业使用的主要铝合金有两种——6061和7005(根据合金的成分不同命名)。后者相对便宜一些。由于6061更具延展性,制造车架的时候,可以很容易液压成型,这种现成且经济高效的金属更适用于入门级自行车车架,但也用于高性能车架。
钛
钛的刚性是钢的一半。
钛的密度是比铝大比钢轻,大约是铝的两倍,是钢的一半左右。因此它更像是铝跟钢的一种折中产品。
钛起源于航空航天工业,在那里被广泛使用。3Al-2.5V是使用最广泛的合金,但也存在性能更高的6Al-4V。
它非常耐磨和耐腐蚀,这也是它经常未上漆的原因。
提炼和加工的成本较高,所以大多数制造商并没有广泛的使用这种材料。
碳纤维
碳纤维是一种复合材料,它是由至少两种不同的材料组合而成的材料,通常具有不同的物理和化学性质。
碳纤维由于足够轻,同一尺寸内刚性足足是钢的三倍
碳纤维的重量约为1.55 g/cc,几乎是铝的一半。
碳纤维是一种“脆弱”的材料,材料一旦出现问题就会无法再继续使用,但是碳纤维的轻盈和刚度使其成为自行车车架的首选材料,尤其是在竞技自行车比赛中。
其他材料
虽然碳纤维、钛、钢和铝是迄今为止自行车车架最常用的材料,但也有一些更罕见的选择。
钪:钪车架实际上是一种铝合金,含有少量钪,以及其他金属。钪含量可以提高合金管的强度。
镁:一些自行车和自行车零件是由镁合金制成的,镁合金比铝更轻,也更坚固,但硬度较低。它在1990年代初达到鼎盛时期,当时Kirk Precision镁合金自行车车架参加了环法自行车赛。
竹:作为天然材料柱子也被用来做自行车架,用户评价似乎不错,因为良好的减震,但是竹子的车会更沉重一些。
亚麻:亚麻也被用作自行车车架的组成部分,通常与碳纤维结合使用,因为据称它比单独使用碳纤维更好地吸收振动。LOOK 765耐力自行车系列就是用的这种纤维。
在所有材料中,钢用于自行车车架制造的传统历史最悠久。它在20世纪末和21世纪初经受住了铝的“挑战”,但现在面临着来自碳纤维的更严峻的挑战。