自行车材料的常用知识.docx

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材料的常用学问

首先了解一下金属材料的常用语。应力以及变形

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。

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。弹性率将打算材料刚性的强弱，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。增加应力到肯定程度时成为塑性变形，也就是变弯了。拉伸强度：指的是增加应力到肯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

SCM415 (铬钼钢)6061(6000系铝合金)

7005(7000系铝合金)

7075(特超硬铝，飞机合金)CPTi(纯钛)

拉伸强度(〔MPa，N/mm＾２〕

834以上

无热处理的场合 100以上有热处理的场合(T6)246以上

有热处理的场合(T6)345以上

无热处理的场合230以上有热处理的场合(T6)597以上

有热处理的场合(T6)597以上用的较多的纯钛为如下：

3-2.5Ti(３％Al－2.5VTi合金)

6-4Ti〔６％Al－４VTi合金〕

PTT800800

Grade4588～753UTT75753

685以上

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。密度是打算车架的重量时重要因素之一。设计轻的车架时不行勿视的数据。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，假设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。

增加材料

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。强化材料也就是想方法制造出不要发生重排现象的构造。在此介绍4种强化材料的方法。固溶体强化、析出强化、通过硬化加工来增加、结晶体的微细化来增加。

固溶体强化

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。

「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，汉子们开头靠向四周」。比母体的原子半径大的原子进来时

「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，此时汉子们又开头靠向四周」。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。

析出强化

当前，自行车材料中的铝合金制品普遍受到欢送。增加铝的方法将在铝工程中记述，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。

具体地说，提高温度时饱和量也增加，完全溶解的瞬间开头渐渐冷却时，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，假设冷却速度快时，不会析出而强迫使它固溶。

对处于此状态下的金属，渐渐提高它的温度时渐渐析出。在此需要留意的是过于析出不行，析出不够也不行，温度过高、过低也不行以，该温度叫作热处理温度(也称作人工时效处理)。最抱负的是析出的结晶细而均一，从而阻挡重排，材料不简洁变形。举个例子：「走在森林里，假设大树较多时简洁走路(大的析出物)，密密麻麻小树多的话不简洁走(细小的析出物)」，和这个道理一样细小的析出物较难重排。

硬度加工来增加的方法

对材料进展加工就产生重排现象，