自行車(chē)材料基礎(chǔ)篇碳鋼

1、自行車(chē)材料基礎(chǔ)篇碳鋼碳鋼未故意添加任何合金元素的鐵（Fe）碳（C）合金為碳鋼，碳在鋼中有提高強(qiáng)度的作用，含碳量越高，強(qiáng)度越好，但含碳量高于0.8%時(shí)，含碳量越高，鋼越脆，因此在車(chē)架及前叉的材料為強(qiáng)度適中，塑性佳，易加工的中低碳鋼，碳含量約0.25%0.35%。碳纖維（CERP)碳素纖維的學(xué)名叫“聚丙烯晴基碳纖維”由碳纖維與相關(guān)的基體樹(shù)脂（如環(huán)氧樹(shù)脂）備制的復(fù)合材料其多項(xiàng)物理力性能如：比強(qiáng)度、比彈性率等可以與金屬媲美，但是比重卻比金屬輕得

2、多。碳纖維車(chē)架的特徵是「輕、不彎曲、沖擊吸收性好」，但是，充分發(fā)揮碳纖維的優(yōu)異性能，在技術(shù)上看起來(lái)不是那么容易，各碳纖維材料廠家之間的品質(zhì)差異也較大。自行車(chē)廠家考慮到成本問(wèn)題，不大可能使用高等級(jí)的碳纖維來(lái)制作車(chē)架。雖然存在上述的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，但是碳纖維車(chē)架還是具有其他素材所沒(méi)有的優(yōu)點(diǎn)，可以制造8、9kg左右的輕量自行車(chē)，這種碳纖維輕量自行車(chē)，登坡時(shí)最能體現(xiàn)其優(yōu)點(diǎn)，登坡順利而爽快。而不會(huì)像一些輕的鋁合金車(chē)架，登坡時(shí)感到有一種向后拉的力量。碳纖

3、維是把碳纖維用樹(shù)脂凝固成形的東西。非常輕，但它是具有方向性的材料(拉伸強(qiáng)但容易斷)，因此采用把薄料層層重疊的方法來(lái)解決缺點(diǎn)。通常每束含3000根碳素纖維的稱為3K編織的碳纖維布，按照每平方厘米的編織密度計(jì)算可分為：5束、6束、7束、8束等，其單層厚度約在0.25——0.29mm之間，密度越大、厚度越厚。每束含1000千根的稱為1K，其編織密度會(huì)大大超過(guò)3K碳纖維布，但是它的厚度卻只有0.15—0.2mm左右。由于工藝復(fù)雜1K碳纖維布的價(jià)

4、格幾乎是3K碳纖維布的3倍，也許是性價(jià)比的緣故，多數(shù)制造商均采用3K碳纖維布制作。●碳纖維車(chē)架的優(yōu)點(diǎn)(1).可以制作重量輕的車(chē)架碳纖維車(chē)架是把碳纖維對(duì)著發(fā)生應(yīng)力的方向?qū)訉盈B而得到強(qiáng)度。碳纖維車(chē)架非常輕，這是它的密度和強(qiáng)的拉伸強(qiáng)度構(gòu)成的。捷安特的碳纖維車(chē)架非常輕，2000年的型號(hào)1.2kg重(2).沖擊吸收性好碳纖維用來(lái)制作殘疾者運(yùn)動(dòng)時(shí)用的假腿，或者特殊的彈簧等被用在各領(lǐng)域。利用它的吸收沖擊力優(yōu)異的性能，制作不用避震器的自行車(chē)。如SCOT

5、T廠的ELEVATED車(chē)架是著名的。但是各個(gè)廠家之間的品質(zhì)差異較大，有的很硬，因此這種車(chē)架乘騎后才能知道好或者不好。(3).可以制造各種形狀的車(chē)架碳纖維的基本成型方法是，在模具上鋪上纖維片然后流入樹(shù)脂并燒固?？梢灾瞥筛鞣N形狀的車(chē)架。如TREK的Y車(chē)架是著名的?！裉祭w維車(chē)架的缺點(diǎn)(1).復(fù)雜的應(yīng)力計(jì)算構(gòu)成碳纖維車(chē)架的是碳纖維，它的特點(diǎn)是拉伸強(qiáng)度強(qiáng)，但剪斷強(qiáng)度弱，加工時(shí)需要進(jìn)行復(fù)雜的應(yīng)力計(jì)算(縱剛性、橫剛性)，根據(jù)計(jì)算把碳纖維片重疊成型。加

6、工技術(shù)各廠家各異，應(yīng)選擇有經(jīng)驗(yàn)而可靠廠家的制品是很重要的。的壽命。若感覺(jué)到踩踏時(shí)不那么順利前進(jìn)時(shí)很有可能是金屬已發(fā)生疲勞。焊接部位，如從管道側(cè)(母體)到溶融的部位(溶接部)，結(jié)晶的特性都會(huì)顯著變化。為使這些組織均一化，本來(lái)應(yīng)該再次結(jié)晶化(詳細(xì)內(nèi)容后述)。但是車(chē)架加工廠不一定有這種大型爐，另一方面，這種加工使已經(jīng)冷卻過(guò)的再次硬化，使得變?cè)鰪?qiáng)的管道的強(qiáng)度降低。由于存在上述原因，焊接時(shí)采用各種方法來(lái)加工。如利用低溫焊接等方法制造車(chē)架。不管是任

7、何優(yōu)秀的焊接，，焊接部位(1000C以上)和另管道側(cè)(室溫)之間的溫度差，冷卻時(shí)收縮而發(fā)生殘留應(yīng)力。該部位受到應(yīng)力集中時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生裂縫。結(jié)果自行車(chē)騎的時(shí)間長(zhǎng)時(shí)可能會(huì)引起金屬疲勞，微觀的硬化加工也使沖擊的吸收性也變得差.鋁合金（AlMgSiAlZnMg(Cu)）很久以前就有用鋁合金制作的車(chē)架。輕而價(jià)格低是它的優(yōu)點(diǎn)。但是從「輕」來(lái)說(shuō)，當(dāng)前與鐵素材比較相差并不大。老車(chē)手對(duì)它的反應(yīng)是「雖輕但易彎曲」。雖然經(jīng)過(guò)多次改進(jìn)，但是始終克服不了楊氏彈性

8、模量低的缺點(diǎn)。最近的鋁合金車(chē)架，為了提高楊氏彈性模量，加大管道外徑，使用扁平管，或者對(duì)鋁管進(jìn)行熱處理等，制造出輕而有剛性的車(chē)架，這種最新的鋁合金車(chē)架對(duì)車(chē)手來(lái)說(shuō)，具有足夠的輕量與剛性。鋁合金是純鋁中加入Mg，Zn，Si，Cu等金屬的合金。鋁本身具有輕量、可塑性好、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，加入其他金屬后顯著提高了機(jī)械性能。自行車(chē)所使用的鋁合金多數(shù)為6000系（AlMgSi）和7000系（AlZnMgCu)兩種，經(jīng)過(guò)熱處理(鋁耐高溫，在高溫下能改變性質(zhì)

9、)可以制成名種各樣的材料。6000系被認(rèn)為是耐腐蝕、強(qiáng)度好、焊接性也好的材料。下表表示使用最多的6061合金的機(jī)械強(qiáng)度。7000系是鋁合金中最強(qiáng)的材料。尤其是7075是特超硬鋁(制造飛機(jī)的材料)，但是它的焊接難度大，耐腐蝕性差(會(huì)發(fā)白)等。下表表示使用最多的7005和7075合金的機(jī)械特性。表中的有關(guān)熱處理以如下數(shù)字來(lái)表示：0：完全退火T5：人工時(shí)效(無(wú)溶體化處理)[T6]：溶體化處理后人工時(shí)效T7：溶體化處理后穩(wěn)定化處理T8：溶體化、

10、硬化加工、人工時(shí)效●鋁合金車(chē)架的優(yōu)點(diǎn)(1).可以制作重量輕的車(chē)架鋁的比重輕但不夠硬，為了增強(qiáng)強(qiáng)度把它制成合金并施予熱處理。[熱處理技術(shù)]采用時(shí)效析出增強(qiáng)法，簡(jiǎn)單地說(shuō)，在金屬內(nèi)形成一種妨礙金屬變形的物質(zhì)。在某種高溫下進(jìn)行熱處理時(shí)，會(huì)引起時(shí)效析出，若沒(méi)有經(jīng)過(guò)這個(gè)程式的車(chē)架，也會(huì)引起常溫時(shí)效。就是說(shuō)把車(chē)架放置在房間內(nèi)也會(huì)逐漸變強(qiáng)。許多鋁合金制車(chē)架用6061T6材料來(lái)制造。T6標(biāo)志表示經(jīng)過(guò)熱處理、時(shí)效。若沒(méi)有熱處理的話強(qiáng)度只能達(dá)到12，或者15