认识自行车材料
自行车的材料有已往使用的铬钼钢以外、还有铝、钛、碳纤、镁等不断出现新材料。出现了不少用这些新材料制成的车架。关于金属合金材料的书很多,但是不是专门介绍自行车的材料,在此简单介绍自行车的材料,供车友们参考。
(此内容是一位海外的自行车运动爱好者于2000年所写的内容的摘要)。
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=σ=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
用在自行车上的材料
杨氏弹性模量(GNm^-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
用在自行车上的材料
拉伸强度((MPa,N/mm^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 800
Grade4
588~753
UTT75 753
3-2.5Ti (3%Al-2.5V
Ti合金)
685以上
6-4Ti (6%Al-4V
Ti合金)
有热处理的场合 (时效)1160
无热处理的场合
980
密度
密度是单位体积的重量。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。
用在自行车上的材料
密度(g/cm^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。
自行车的材料有已往使用的铬钼钢以外、还有铝、钛、碳纤、镁等不断出现新材料。出现了不少用这些新材料制成的车架。关于金属合金材料的书很多,但是不是专门介绍自行车的材料,在此简单介绍自行车的材料,供车友们参考。
(此内容是一位海外的自行车运动爱好者于2000年所写的内容的摘要)。
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=σ=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
用在自行车上的材料
杨氏弹性模量(GNm^-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
用在自行车上的材料
拉伸强度((MPa,N/mm^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 800
Grade4
588~753
UTT75 753
3-2.5Ti (3%Al-2.5V
Ti合金)
685以上
6-4Ti (6%Al-4V
Ti合金)
有热处理的场合 (时效)1160
无热处理的场合
980
密度
密度是单位体积的重量。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。
用在自行车上的材料
密度(g/cm^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。