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镁合金材料车架——车架行业中一颗冉冉升起的新星

发布时间:2016-08-21 16:55:52 来源:微星时空 查看次数:

  如大家所熟知的,在山地车车架制造中,市场上常见的材料有钢,铝合金,钛合金,钪合金,碳纤维等等。

  迪龙山地自行车,以合金材料车架为主业,是车架行业中一颗冉冉升起的新星。那么合金材料车架都有哪些优势呢?

  合金的密度为1.7,只有钢的21%,铝合金的60%,其轻量化的优点十分明显 。另外,合金的一系列优越性,在自行车的应用中,具有高刚性、高抗弯曲性; 优良的吸震性,吸收冲击和振动,的吸震效果是铝的25倍,使得自行车拥有更好的骑行舒适性;它的高温挤压成形工艺性良好,挤压薄壁合金管件,显著减轻车重;材料无污染,二次回收利用简单,是绿色材料。

  自行车的重要承重结构是车架,所有整体重量集中的部件,因此我们要选择加倍轻质又具备良好综合力学性能的材质合金车架,为自行车减重、轻便。

  密度、弹性模量、拉伸长度、拉伸强度、断裂强度、韧性——这一系列自行车车架所需的结构材料的力学性能参数,在合金经过控制铝锌锰微量杂质等分、适当的成形处理方法等措施后,其拉伸强度和硬度会得到相应的提高,强度和弹性模量也会符合车架需求,并且其本身较高的阻尼系数可以吸收冲击能量减少对骑行者的影响,延长自行车的寿命。

  因为合金适用于自行车的优异性能,许多国家、企业和研究开发机构对合金及其成形技术非常重视,投人许多人力、财力进行研究开发,得到了非常好的效果。

  最初许多国家的研发人员把合金运用在自行车的手把、前叉、脚踏板等少数零件上。后来在合金自行车车架的研发过程中发现,合金在经过截面变化及表面处理的变形过程后,减少了合金性能低的一些不利因素,使其使用性能得以改善。故合金材料的性能可以满足自行车架的需求,于是开始大量应用在车架、轮圈、竖管、齿轮 盘等零件。

  研发的合金折叠自行车车架只有1.4公斤重量,自行车全车总重量仅为4公斤,自行车变得轻便、速度快、舒适安宁、良好的避震效果,并且很好的改善了加 速、爬坡、转弯、操纵性能。

  

 

  合金旧问题的解决

  事实上,熔化所消耗的能量虽大于熔化锌,但却小于熔化铝。而当今的无助剂熔技术和添加硫氟化物(SF6)技术,已能控制使熔化时的耗损减至最低。同时合金的良好切削性能和可控制的极小压铸误差,以及很高的压铸生产率,都使得的应用成本大为下降。

  合金制件的腐蚀问题,已借助添加垫片等简易技术及新型表面处理技术得以解决。

  的易燃问题亦已通过各种措施得到解决,实际上,铸件并不像粉那样存在易燃问题,对于熔融状态的合金件或在高速切削时的高燃燃性也早已有了相应措施。

  因此,上述疑虑在当今技术条件下无需担心,而合金的下列独特优点却使材料领域的这颗新星更加熣灿。

  

 

  合金对比其他合金的优势

  大众车友接触得最多的自行车材料就是铝合金。

  而现实是,我国铝资源矿石总储量只占世界的2.96%,位居世界第九,每年均需大量进口。

  据估算,照目前的发展速度,大概在十年以内,国内铝矿石资源就会枯竭。而长期依赖澳大利亚的铝矿进口也为国内供应增加了不可控因素,不说进口的价格被牢牢掌握在对方手里,一旦两国在政治上发生对抗或者关系走僵,就会对资源供给造成非常大的威胁。如果澳大利亚方面今天说是300美金的价格,明天升到700美金,中国无法讨价还价,因为这是一个卖方市场。

  那么在铝资源枯竭的情况下我们要找哪种材料来替代?是地球上储量最丰富的轻金属元素之一,而我国是世界上资源最为丰富的国家之一,资源矿石总储量占世界的21.7%,居世界第一,也是资源出口的第一大国。

  下面两张图分别对比了几种典型金属结构材料与工程材料的比强度和比刚度,表明合金特别适用于轻质结构件。弹性模量大、刚性好、抗震力强,减振性能比铝合金高30倍,承受冲击载荷能力比铝合金强。可见合金具有优良的力学性能。

  

 

  在这里特别解释一下弹性模量,它是衡量物体抵抗弹性变形能力大小的尺度。在一定载荷作用下的物体,弹性模量越低,弹性模量变形相对越大,刚度越小,材料易发生变形柔性越好;弹性模量越高,材料发生弹性模量变形相对越小,刚度大,材料不易变形,脆性越强。

  合金具有极高的压铸生产率。几种常用压铸合金及最常用的压铸铝合金A380和压铸锌合金AG40B的热物理性能见下表。

  

 

  由表可知:压铸合金与压铸铝合金和压铸锌合金一样,具有良好的流动性;其结晶潜热和热导率低于A380,凝固区间比A380大。因此,压铸合金具有良好的充型能力,充型后凝固速度较快,对压铸型的热冲击较小,可用于压铸薄壁件而不会出现热裂和欠铸等缺陷,并减轻压铸型的热疲劳现象,延长压铸型的使用寿命,缩短压铸件的留型时间,压铸生产速率比铝合金快约75%。

  除了上述特点,合金的优势还体现在散热好和耐有机物和碱的腐蚀性能好,与纯的易燃、自爆、不稳定、活性强的特性完全不同。

  合金对比碳纤材料的优势

  现在在自行车材料领域,除了讨论合金,就是讨论碳纤维,大家都知道同样的重量下碳纤维的强度要比普通的金属高出许多,但相对高昂的价格为其制造了一定的门槛。

  据自行车制造业内人士介绍,碳纤维,毕竟工艺中的手工成分多,不如合金那么适合大批量生产,因此碳纤维需要花费的成本就比较大,时间就比较长,对工艺的要求也比较高。这些因素直接影响成品的价格,也就让最终端的消费者要花更多的钱。

  另一方面,环保是当今各行各业重视的话题,而碳纤维对环境的破坏是可观的。2010年时丰田汽车发布的一项研究表明,碳纤维的原材料处理阶段,会产生大量的废气污水,而加工过程要排放更多的二氧化碳,同时其生产过程有可能导致工人的各种呼吸道疾病和皮肤病。碳纤维产品被丢弃后,将在土壤和水里存在非常久的时间,降解难度非常大,进一步对地球造成污染。所以,碳纤维是否是合适的绿色材料,还是个未知数。

  而合金是二十一世纪新兴的环保材料,国外也把合金划为环保产业。其对环境无污染、可回收再利用的性能让人相当满意。

  

 

  国家政策扶持优势

  在目前的十三五规划里面,国家把合金列为非常重要的材料,因此对这方面的引导和扶持力度非常大。比如对河南和山西这种资源储量大的地方,国家的补助非常慷慨。实际上除了原材料的开采,还有在加工方面,只要是跟合金有关系的,国家都会给予很大程度的帮扶,资金动辄百万千万。

  “以轻质、高强、大规格、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳为发展方向,发展高性能合金,重点满足大飞机、高速铁路等交通运输装备需求,加快合金制备及深加工技术开发,开展合金在汽车零部件、轨道列车等领域的应用示范。”摘自《新材料产业“十三五”发展规划》。

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