认识自行车材料（转载）

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。

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

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。