铁关金锁彻明开:铝合金车架 6061 7005

铝合金车架 6061 7005

    自行车所使用的铝合金多数为6000系（Al-Mg-Si）和7000系（Al-Zn-Mg-Cu)两种，经过热处理(铝耐高温，在高温下能改变性质)可以制成名种各样的材料。6000系被认为是耐腐蚀、强度好、焊接性也好的材料。
7000系是铝合金中最强的材料。尤其是7075是特超硬铝(制造飞机的材料)，但是它的焊接难度大，耐腐蚀性差(会发白)等。
  2 铝合金车架的优点
  (1).可以制作重量轻的车架
铝的比重轻但不够硬，为了增强强度把它制成合金并施予热处理。热处理采用时效析出增强法，简单地说，在金属内形成一种妨碍金属变形的物质。在某种高温下进行热处理时，会引起时效析出，若没有经过这个程序的车架，也会引起常温时效。就是说把车架放置在房间内也会逐渐变强。
  许多铝合金制车架用6061T6材料来制造。T6标志表示经过热处理、时效。若没有热处理的话强度只能达到1/2，或者1/5的程度。
  有7075标志的自行车零件(如XTR曲柄等)，严格来讲没有经过热处理。也就是说因没有时效，因此是常温时效。7075合金本来就必要进行热处理，通过热处理其强度可以增加5倍。
  另外，7005合金也常用来制造车架，它的强度比不上7075，但是它在常温下也能够进行足够的时效的材料。这种材料也可用Padded加工制成薄料。但是材料本身的强度及杨氏弹性模量低，因此加粗管道直径来提高刚性。通常被称作铝制粗管道的是这种类型。
  (2)长时间使用外观不怎么变化
铝本身是很容易受腐蚀的金属，在空气中几乎不存在没有被氧化的铝，放置在空气中马上被氧化而形成很薄的氧化膜。为什么不生锈呢？原因是该氧化膜达到一定的程度时防止继续生锈。  该氧化膜几乎是无色因此外观上不容易发现变化(有时会发白)。
另一方面，骑这种材料制造的自行车时，骑的次数越多，应力发生的次数也高，强度也显著引起变化。近来为了谋求轻量，许多车架使用薄料来制作(薄的程度已达到极限)。这些都是使用没有疲劳极限的铝合金来制作车架，到底长时间使用后强度变化将是如何呢！Dedacciai公司制作的SC61-10A等是表面施有喷丸硬化加工(KET处理)的管道，这种加工的目的是延长疲劳的寿命。根据公开的数据，能提高140%。，KET处理是：疲劳破坏是在金属表面上所发生的裂缝为起因，因此用硬化加工技术来提高金属表面的硬度。
  3 铝合金车架的缺点
  1).铝是弹性率及刚性低的材料。因此采用粗的管道，或者改变形状如cross-over管、padded管等。
  (2).需要进行热处理
必须进行热处理，否则强度不够。因此一般的规模不大的工厂无能力购买热处理设备。尤其是6000系的铝合金管，多数情况是管道厂家指定热处理条件。
  4 几种车架材料的机械性能的数值比较：
（1） 密度：
  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
  自行车上最常见的铝合金型号
6000 7000 7075 7005 6061 2093 2000 6061高\低成色 原色矿石铝合金 阿伯其铝合金
  一、分类：展伸材料分非热处理合金及热处理合金
  1.1非热处理合金：纯铝─1000系，铝锰系合金─3000系，铝矽系合金─4000系,铝镁系合金─5000系。
  1.2热处理合金：铝铜镁系合金─2000系，铝镁矽系合金─6000系，铝锌镁系合金─7000系。
  二、合金编号：我国目前通用的是美国铝业协会〈AluminiumAssociation〉的编号。
举例说明如下：1070-H14(纯铝)
2017-T4(热处理合金)
3004-H32(非热处理合金)
  2.1第一位数：表示主要添加合金元素。
  1：纯铝
  2：主要添加合金元素为铜
  3：主要添加合金元素为锰或锰与镁
  4：主要添加合金元素为矽
  5：主要添加合金元素为镁
  6：主要添加合金元素为矽与镁
  7：主要添加合金元素为锌与镁
  8：不属於上列合金系的新合金
  2.2第二位数：表示原合金中主要添加合金元素含量或杂质成分含量经修改的合金?BR>0：表原合金
  1：表原合金经第一次修改
  2：表原合金经第二次修改
  2.3第三及四位数：
  纯铝：表示原合金
  合金：表示个别合金的代号
  ＂-″：后面的Hn或Tn表示加工硬化的状态或热处理状态的链度符号
  -Hn ：表示非热处理合金的链度符号
  -Tn ：表示热处理合金的链度符号
  6061和7005的技术指标相接近，7005比6061更硬，且可以抽制db不等管，山地车架极端轻量15寸可做1400多克，公路车架可做到48架高1200多克，据说经过7道延展工艺后的tb管还可以令车架再轻100到150克。
  钪合金是目前最先进的铝族合金，强度重量比在车架铝材中第一，其制造1100克的山地车架强度相当甚至超过了1400克的7005铝架，所以scott以及jbc都使用其顶级sc9000合金做竞赛车架，但是同重量比的钪，1吨的价格是黄金1吨的6倍，所以价格一直居高不下。从98年开始，台湾就在研究一款比6061和7005更好，但比钪合金更便宜的铝材料来做车架，后来就诞生了u6（6063铝合金），u6并不是6000级铝族的一个延伸，这仅是其一个代号，据说还有个别名，这种铝材的强度重量比和7005更高，但不如钪合金铝，但是材料中由于添加成分不同，所以铝材居然具有了新的特性，也就是具有了一点弹性，这种铝生产车架也不会产生类似6061和7005的死硬，用于攀爬车架的时候，后叉的这点弹性可以避免车架更容易遭受冲击的直接伤害，将冲击力度花费在轻微的金属型变上，目前国内最著名的两家攀爬车架公司深圳的echo和石家庄的speed－race，都使用u6铝合金生产其出口级铝架。另外还有些比如闪电s-work采用的特殊铝材（有人称其为u7），以及目前最新的加入了钛敲击声如陶瓷的KINESIUM合金.今年年低或者明年，还可能会出现u8合金，现在正在研制中。7075是可以焊接的但难度极大，使用4000号焊条，但是这种焊条的强度不足，只能用于焊车架过线器等部位，所以目前7075不适合规模化做车架。
  7075目前台湾已经开始生产，过去是美国军方的一种机密金色，用于做战斗机外壳，铝中添加了大量的锰，使得硬度非常的高，但是脆性也是非常的大，其金属具有特殊的分子方向型，这种方向性成就了这种合金的朝硬度，所以这种铝不适合用于铸造件的生产，通常是金属合成后，锻造在cnc切割，以保持其金属分子方向性。目前世界上只有几个不多的工厂可以对其进行铸造保持分子方向性，如德国的西塔公司，就能铸造生产7075龙头。U6就是6063，mega-lite6066铝合金，具有比u6更好一点的弹性，speedrace出口车架在204将会使用；另外，pulo车料在展会也展出了U6pro，基本上已经是u7，明年可能会出现u8。
铝合金型材生产包括熔铸、挤压和氧化三个过程。
  1.熔铸是铝材生产的首道工序。主要过程为：
（1）配料：根据需要生产的具体合金牌号，计算出各种合金成分的添加量，合理搭配各种原材料。
  2）熔炼：将配好的原材料按工艺要求加入熔炼炉内熔化，并通过除气、除渣精炼手段将熔体内的杂渣、气体有效除去。
（3）铸造：熔炼好的铝液在一定的铸造工艺条件下，通过深井铸造系统，冷却铸造成各种规格的圆铸棒。
  2、挤压：挤压是型材成形的手段。先根据型材产品断面设计、制造出模具，利用挤压机将加热好的圆铸棒从模具中挤出成形。常用的牌号6063合金，在挤压时还用一个风冷淬火过程及其后的人工时效过程，以完成热处理强化。不同牌号的可热处理强化合金，其热处理制度不同。
  3、氧化：挤压好的铝合金型材，其表面耐蚀性不强，须通过阳极氧化进行表面处理以增加铝材的抗蚀性、耐磨性及外表的美观度。其主要过程为：
（1）表面预处理：用化学或物理的方法对型材表面进行清洗，***出纯净的基体，以利于获得完整、致密的人工氧化膜。还可以通过机械手段获得镜面或无光（亚光）表面。
（2）阳极氧化：经表面预处理的型材，在一定的工艺条件下，基体表面发生阳极氧化，生成一层致密、多孔、强吸附力的AL203膜层。
（3）封孔：将阳极氧化后生成的多孔氧化膜的膜孔孔隙封闭，使氧化膜防污染、抗蚀和耐磨性能增强。氧化膜是无色透明的，利用封孔前氧化膜的强吸附性，在膜孔内吸附沉积一些金属盐，可使型材外表显现本色（银白色）以外的许多颜色，如：黑色、古铜色、金黄色及不锈钢色等。
  铝合金的牌号代表了他们的强度，强度越高越好,但强度与工艺也有关,比如T6之后的6061-T6的强度与SS400有相同的相许应力,也就是说其硬度可能大于没有T6的7075,而且CNC的强度更大,比如SHIMANO的XTR曲柄严格来讲没有经过T6,所以即使是用了7075CNC的盘片和曲柄,还是有人说TV的比它硬......一般是牌号越大,就越硬.不过像20142024的是超硬铝.1,3,4系属非热处理铝,6061不能CNC,这里不谈这些.拿LZ的7005来说,7005铝是由Al-Zn-Mg-Cu合成的,密度2780KG/M3,在加工上,7005液相线温度是643C‘,固相线温度是604C‘,退火温度是345C‘400C‘T53:挤压机淬火后,先以自然时效72h而后人工时效60-110C‘要8h145-155C‘要16h.但是7005如果热处理不妥,会有应力腐蚀.不过LZ用7005的也很不错了.....
一般情况下1xxx是纯铝，3xxx是铝锰合金，这两个系列都不是很好，强度也是最差的，5xxx是铝镁合金，强度一般也不是很高，在向上面就是6xxx，自行车上面一般都是6061或者6063的，这种比较常见，再向上面就是2xxx，一般20242017，这种还可以，但是因为含铜，比较容易腐蚀，最好的就是7xxx，一般自行车上面采用的是6061 6063 7005 7075，7075比7005好，一般情况下，保持40公里每小时，撞倒什么东西不会变形。
  1.目前铝合金车架普遍使用的材料是7005与6061两种。
  2.7000系列主要以锌为主要合金，成分比例达到6％。6000系列主要以镁和矽为主要合金，总成分比例较低。
  3．论强度的话7005较强，但只是稍微强一点，从表中可以看出来，yieldstrength（让铝材永久弯曲变形的力度）只比6061强一点。
  4．所有用作车架材料的铝合金都经过热处理T6，
  5．但论整体来讲，6061是较好的材料。由于7005含其他金属比例高，所以焊接，处理都比较困难，尤其是7075（后两个数字代表含合金比例）它的比例更高，所以一般是不能用作车架的材料。相比之下，6061由于含其他金属比例较低，因此可以通过异型，各种处理来增加它的强度和减低它的风阻，甚至可以做到3次抽管来减低重量。
  6．虽然7005管购买价比较高，但整体来讲6061的生产成本比较高，因为6061所经过的热处理和其他工序比较烦琐复杂。因此6061的车架一般比较贵。也因此大多比较高端的车架（如TCR）也使用6061.
  纯铝的硬度不高，比较软，但是合金就很硬了。通过加入不同的金属可以得到各种合金，6061，7005，7075都是铝合金的型号。
  6061是最普遍的铝材，轻，强度好，而且经济实惠。
  7005是轻化铝材，强度比6061稍微高点，但是轻了很多，价格也高。
  7075是最轻且强度最高的的铝材，价格也超级贵！7075的强度不亚于钢了。
  另外还有就是Estane铝材，estane是--聚氨基甲酸乙酯，是一种弹性纤维，混合在铝材中，可以彻底解决铝合金的硬度过高的问题。还没见过有哪种estane铝材的车架价格低于7000人民币。主要用来做DH,目前知道的就只有GiantDH team了。DH comp是7075 T6,DH team是 7075estane，外观一样，差别就跟XT与XTR一样，材料的本质差别。这也可以解释同样都是铝合金的车架，为什么便宜的只有几百，贵的就上好几千。最后，还有一个T6，是一种金属加工工艺，T6标志表示经过热处理、时效。若没有热处理的话强度只能达到1/2，或者1/5的程度。
  其他材质：
  钢：  合金也有好几种，弹性不错。适合做细节零件，在微小零件上铝合金的强度就因为硬度而影响了。
  碳纤：  轻，强度一般（但也够高了）压缩后的碳纤韧性介于钢与铝之间。价格还好。但即使不用，寿命也受时间影响。
镁合金：重量轻，强度还行，耐磨。用于碟刹碟片和减震。manitou的都是用镁合金做减震的套管。
  钛合金：不知道添加了什么，感觉上和钛的性质差了很多，很好也很贵。
  T6是一种热处理工艺，为了使金属表面产生淬火层，达到更高的硬度。一次T6 热处理要花二十多个小时。
  补充一些东西：
热处理，在进行T6热处理之前，一般是进行T4热处理，时间长度为十几个小时，之后出热处理炉，冷却，校形，再进入T6热处理炉，做二十多个小时的T6热处理。之后出来再检查一下是否需要校正，不需要的就可以开始做图装，打标出厂了。其实热处理的种类非常多，像以前美利达帮闪电作的一款架子上面使用的是U7热处理工艺，那个的具体工艺流程就不知道了。
  车架的制作过程一般是厂家买来不同直径的圆形或者方形管材，然后上机器把直管压制成需要的弯曲度，如果要抽管也是上机器抽，如果是需要异型管材就用圆管或者方管用机器压出来，之后就是焊接，焊接分两道工序，第一道是用几个点焊把管材连接在一起，之后就是正式的用鱼鳞焊把车架牢固的焊接在一起，然后上台架校正，之后要用酸把车架表面的氧化层洗掉，然后就是T4，T6的热处理工序了。如果是钛架，焊接就要用氩弧焊以保证质量了。
  钢的韧性好，一般运动车如果使用钢架都是使用铬钼钢，价格比较贵，更高级的钢材型号有653，853等等，那些钢材制成的钢架的价格就远比铝价贵了。但是钢架的弹性，可修复性都比一般的铝架好的多，就是太重了。
  碳纤维是一种复合材料，大致可分为：碳碳复合材料和碳氧复合材料，碳纤维的特点是韧性好，很多高级的碳纤维的产品的韧性可以达到让人瞠目结舌的程度，例如一根高端的碳纤把横，在厂家的测试机上可以被弯成像弓一般，而不断裂，当然机器上的力量和人手上的力量不是一个概念了。碳纤维材料只要用钢材的四分之一的重量就可以达到钢材的强度。而且易于塑形，适合在公路车架上面做出符合流体力学的外形来，而且更轻，吸收微小振动的性能也不逊于钢架。
  镁合金的特性是，比铝合金轻，吸震性能好。所以适合做车架和前叉的外管，但是不耐磨，硬度稍差，所以不能做前叉内管。镁合金经过特殊处理可做碟刹片，也有过铝合金碟片的，是ALEX轮组上带的一对，表面淬火处理的很有意思，硬度很高，不知道到底是怎么做的。很漂亮的碟片。
  钛合金是在纯钛中掺入了很多不同种类的金属，有铝，钒等等等等，非常多，掺入不同的金属可以制造出特性差异极大的钛合金出来，纯钛因为太软所以不是很适合使用在受力较大的运动器械上。                                                这些型号的强度差别不太大，原材料价格也差不了太多。6061为最常用的铝合金材料，汽车、摩托车包括自行车用得比较多，价格低，上到7系强度要大一些，工艺性相对6系铝材而言也要差一些（但铝合金材料的工艺性都很好），当然价格要高，但高不了太多（对于各种型号的铝合金的价格从网络上很简单的就可以知道个大体）。材料的区别并不是车架价格的主要因素，（以下只代表优秀品牌）研发才是主要的，某个车架，如果多用普及型管材，就算是用了7075，那价格也不会高到哪儿去，但如果多用异型管材和特殊结构，价格当然就上去了。美洲的很多品牌多用7005和7075，比如GT、MOUTAINCYCLE、ROCKYMOUNTAIN、KONA这一类的现在DABOMB也多用7系铝了