Сплавы стали для велосипеда

Металлы и материалы при производстве велосипедов

Велосипед давно уже перестал быть просто средством передвижения, в современном мире его применяют и качестве тренажёра для поддержания спортивного и подтянутого тела, а прогулочные катания давно уже стали одним из популярных способов активного отдыха.

Современные велосипеды представлены множеством двухколесных машин разных видов, которые разрабатывают и выпускают для разных поверхностей, стилей и целей езды. Состоит такой транспорт из следующих основных узлов: рама, колеса, передняя вилка, трансмиссия, тормоза, руль и седло.

Самой главной частью велосипеда является рама, от качества и характеристик которой зависят основные особенности и параметры транспортного средства. Основными материалами при производстве рам являются следующие:

Каждый имеет свои достоинства и, несмотря на то что длительное время предпочтение отдавалось стальным основам, преимущества алюминия и других материалов становятся всё более весомыми, что делает произведенные из них велосипеды востребованными у многих пользователей. Преимущества сталь, алюминий (в составе сплавов), магний, карбон и титан рассмотрим подробнее.

Стальные рамы

Чаще всего применяют хромомолибденовую сталь. Рамы, произведенные из данного металла, обладают высокой прочностью и не разрушаются под воздействием высоких нагрузок. Материал не накапливает внутреннюю усталость, что повышает длительность работоспособности рамы. Велосипед со стальной рамой достаточно мягко передвигается и гасит неровности дорог, при этом он не боится падений и легко ремонтируется методом сварки. Транспорт отличается низкой стоимостью, но при этом надежен и долговечен.

Недостатками применения стальных сплавов для производства велосипеда заключаются в большом весе готового изделия и подверженности коррозии (рекомендуется исключать катания в дождь и уличное хранение).

Рамы из алюминиевых сплавов

В чистом виде алюминий слишком мягкий, поэтому в производстве используют сплавы на его основе с добавлением цинка, меди, магния, марганца и других. Материал обладает высокой коррозийной устойчивостью. Главное преимущество велосипеда с алюминиевой рамой — низкий вес, за счет чего значительно быстрее набирается скорость и повышаются её максимальные значения. На таком вело транспорте легче подниматься в горку, однако он плохо гасит вибрации от дорожных неровностей и обладает малой инерцией.

Из недостатков алюминиевых сплавов в качестве основы для производства велосипеда можно выделить: недолговечность, чувствительность к ударам и непригодность к ремонту. Хотя по ремонтопригодности следует отметить, что такой металл при производстве велосипедов или ремонте можно сваривать при помощи TIG сварки, однако такая сварка сложна, дорога и требует опыта и мастерства, поэтому доступна далеко не везде.

Использование карбона

В велостроении карбон применяют для изготовления рам, руля, колес, подседельных штырей, вилок и выносов. Он представляем собой композиционный материал, состоящий из переплетенных углеродных нитей, расположенных в матрице из полимерной смолы. Карбоновые рамы — это конструкция, сплетенная из стекла, углеродных волокон, пропитанная смолами и спеченная при высокой температуре. За счет такой структуры карбоновые рамы смягчают вибрации, обладают высокой упругостью, низким весом и невосприимчивы к коррозии.

Минус применения карбона — высокая цена готового изделие и хрупкость.

Титановые рамы

Использование титана при производстве велосипеда наиболее перспективно. Материал применяют в виде сплавов с молибденом, ванадием или кремнием. Металл сложен в обработке, поэтому имеет высокую стоимость.

Велосипеды с титановыми рамами устойчивы на бездорожье, хорошо гасят вибрации, плавно передвигаются, не теряют скорость и обладают высокой инертностью.

Магний в производстве велосипедов

Магний редкий и дорогой металл, применяется реже предыдущих материалов и считается инновационным направление производства. Рамы на основе магния самые легкие и при этом отлично снижают вибрации и обладают высокой прочностью.

Из недостатков: слабые ходовые свойства на подъемах, подверженность коррозии и не переносимость высоких нагрузок.

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Источник

Материалы велосипедных рам: какие бывают и в чём разница

Сталь, алюминий, углепластик, а может быть титан? Как выбрать, чтобы велосипед не разочаровал?

При выборе велосипеда материал рамы даже более важен, чем качество оборудования и общая цена. Компоненты можно поменять, а рама будет с вами всегда, пока велик принадлежит вам. К тому же на раму и вилку приходится большая часть стоимости, поэтому перед покупкой стоит подумать, что предпочесть. Так что же?

Человечество достигло многого, но пока не придумало материал, который позволял бы производить рамы сложных форм с безупречными соединениями труб, достаточно упругие для комфортной езды и одновременно достаточно жёсткие для езды эффективной, лёгкие, но прочные, поддающиеся ремонту в случае аварии и при этом недорогие.

Идеального материала нет. А раз его нет, значит выбор любого — это всегда компромисс.

Технически сделать раму можно из чего угодно, от веток до чистого золота. Но здравый смысл и опыт производителей вывели список из четырёх основных материалов, в который за сочетание физических свойств и возможностей обработки вошли сталь, алюминий, углепластик, или по-другому карбон, и титан.

Сегодня именно из них делают подавляющее большинство велосипедных рам в мире.

Сталь

Как сплав железа и углерода сталь хороша своей прочностью и способностью гасить мелкие вибрации от неровной дороги. Если обобщить другие характеристики разных типов и марок стали, получится тяжёлый и упругий металл, ремонтопригодный и перерабатываемый, легко поддающийся коррозии, но при этом долговечный из-за высокой устойчивости к усталости.

Читайте также:  Fp117ja фреза основная коническая dremel быстрорежущая сталь hss

Сталь различают по типам и маркам, в зависимости от вида и количества примесей.

Углеродистая — самая обычная дешёвая сталь, из которой делали советские велики. Она легко сваривается, но обладает не самыми лучшими эксплуатационными свойствами. Помните старые велосипеды в деревне у дедушки, «худые», ржавые и тяжёлые? Вот они как раз из самой доступной в то время обычной стали.

Hi-ten (или Hi Tensile, конструкционные стали улучшенного качества) — несмотря на слово «Hi», обозначающее «высокий» или «высший», выдающимися качествами этот материал не обладает.

Сегодня не существует единого чёткого регламента по характеристикам hi-ten стали, поэтому большинство производителей выпускают эту марку с максимально возможной экономией. Рамы из неё можно встретить в ретровелосипедах или в самых дешёвых современных моделях.

Чтобы понять, какой может быть качественная конструкторская сталь, нужно разобраться, что даёт стали легирование — добавление в сплав примесей для улучшения свойств основного материала.

Легированная сталь — это углеродистая сталь с определёнными элементами. Например, сплав с молибденом и хромом называется хромоль или Cro-Mo. Он легко поддаётся обработке, не требует подогрева перед сваркой и плавного охлаждения после. Хромоль легче и значительно прочнее hi-ten, устойчивее к коррозии и хорошо гасит вибрации.

Для изготовления велосипедных рам чаще всего используется легированная конструкционная хромомолибденовая сталь 30ХМА ГОСТ 4543 или 4130, если следовать американской классификации. Производители иногда указывают на своих велосипедах марку металла, особенно если хотят подчеркнуть его высокое качество.

Долгое время сталь оставалась основным материалом велосипедных рам, потому что была относительно недорогой и простой в обработке. Эта классика велостроения жива и сегодня, хотя в последние годы её использование сократилось.

Основные причины потери популярности в том, что сталь ощутимо тяжелее, чем алюминий или карбон, а это делает её непригодной для велосипедов высокого класса особенно для профессионального спорта. К тому же массовое производство стальных рам дороже, чем алюминиевых.

Но это не значит, что в мире велосипедов нет места для стали. Она остается популярным материалом для тех, кому не важен вес, но важны прочность, комфорт во время езды и возможность легко починить поломку — для велотуристов.

Алюминий

Чистый алюминий мягкий, но когда он образует сплавы, его твёрдость возрастает, поэтому для производства рам используют металл с добавками магния, кремния, меди и цинка.

В велосипедной индустрии применяются в основном три марки сплава:

  • 7005, где основная добавка — цинк
  • 6061 с добавками магния и кремния
  • 7075, куда добавлено больше меди и цинка.

У этих материалов разные физические свойства. Например, 7075 самый тяжёлый, твёрдый и прочный, 6061 легче и технологичнее, то есть из него проще (и дешевле) делать рамы из труб сложного сечения с баттингом.

Сплавы отличаются, но не так, чтобы это мог заметить обычный любитель в повседневной жизни. Кроме того, сравнивать велосипеды исключительно по марке металла было бы неправильно.

Все рамы из алюминия относительно лёгкие, жёсткие и отзывчивые, на них легко разгоняться и управлять велосипедом. Это одновременно является и недостатком — рама не амортизирует, и колебания передаются человеку практически без изменений. Также этот металл накапливает усталость и в среднем через 10-15 лет может разрушиться внезапно, а ремонтировать его сложно.

Алюминий легко реагирует с кислородом и в нормальных условиях всегда покрыт прочной оксидной плёнкой. Она защищает его от дальнейшего окисления, поэтому коррозия невозможна — отличное качество для велосипедной рамы. А ещё алюминий доступный и недорогой, что делает его хорошим выбором для тех, чей бюджет ограничен.

Карбон

Углепластик или карбон пришёл в велоиндустрию из авиакосмической отрасли. Это полимерный материал из тонких нитей углеродного волокна, соединённых в определённом порядке полимерной смолой.

Из карбона можно создавать рамы практически любых форм, которые невозможны с другими материалами. Изменяя толщину и направление отдельных волокон, а также количество слоёв, производители могут добиваться нужной степени упругости и жёсткости в разных участках рамы и получать невероятно лёгкие, прочные и комфортные велосипеды. А так как углепластик не является металлом, коррозия ему не страшна.

Единственный минус — это хрупкость. Главную опасность представляют точечные ударные нагрузки, которые могут разрушить карбоновый монолит, если их вектор не совпадает с направлением волокон. Не редки случаи, когда после неудачного падения или столкновения рама из углепластика полностью приходит в негодность.

Карбон — почти синоним дорогого велика. Этот материал используют в рамах высококлассных горных и шоссейных моделей, спортивных трековых и гоночных велосипедах, для которых важен низкий вес и аэродинамические качества. В последние годы карбон стал появляться и в топовых моделях многих популярных производителей.

Титан

Ещё один материал «для космонавтов», популярный у изготовителей профессиональных и эксклюзивных велосипедов.

Сплавы этого металла обладают лучшими качествами стали, алюминия и карбона. У титана самое высокое среди всех металлов соотношение прочности и веса, он не подвержен коррозии, из него получаются прочные, упругие, лёгкие и долговечные велосипеды. Неудивительно, что многие производители предлагают пожизненные гарантии на свои титановые рамы.

Титан замечательно подходит для езды и имеет всего два недостатка: он дорогой и с ним сложно работать. Как компромисс некоторые бренды добавляют отдельные титановые трубки в некоторые части карбоновых рам.

Экзотические материалы

Кроме стали, алюминия, титана и карбона для создания рам применяют самые неожиданные и необычные вещи: различные сорта древесины, фанеру, бамбук и тростник, высокотехнологичные полимеры, рамы из которых печатают на 3D-принтере, разнообразные сплавы с магнием, скандием или бериллием.

Читайте также:  Температура стали при литье

Но все они остаются на уровне прототипов для дальнейшего усовершенствования или делаются как велосипеды для забавы, рекламы и любопытства ради. Ни одному из новых материалов не удалось потеснить «большую четвёрку» и попасть в массовое производство.

Так что же выбрать?

У каждого материала — своя задача, достоинства и недостатки, и выбор подходящего именно вам варианта будет зависеть от бюджета и предполагаемого использования велосипеда.

  • Важен ли для вас вес велика?
  • Сколько денег вы готовы потратить?
  • Хотите купить велосипед раз и навсегда или планируете заменить его через пару сезонов?
  • Любите гонять по лесам, собираетесь путешествовать или лишь изредка выезжаете в ближайший магазин?
  • Доверяете исключительно крупным производителям или ищете уникальный дизайн и нестандартную сборку?

Ответы на эти вопросы и определяют выбор велосипеда, рама которого будет помогать, а не мешать вам во время езды.

Например, вы новичок в городской езде и не хотите тратить много денег, скорее всего, имеет смысл купить алюминиевый велик. Относительно лёгкая рама позволит носить его по подземным переходам, а жёсткость сделает езду эффективной. К тому же сейчас появляются алюминиевые рамы, которые за счет конструкционных особенностей позволяют минимизировать эти недостатки.

Хотите лететь стрелой и не жалеете на это денег — лёгкий карбоновый велик создан для вас. Если важен комфорт, но не вес, выбирайте сталь, она недорогая и хорошо амортизирует. А если деньги не главное, возможно, титановая рама — ваш лучший вариант из-за её шелковистой мягкости хода и исключительной долговечности.

И последнее: не бойтесь ошибиться. Велосипед — хоть и любимая, но всё-таки просто вещь, которая предназначена для вашего удовольствия. Не нравится — расставайтесь и выбирайте нового двухколёсного друга, с которым вам по пути.

Источник

Плюсы и минусы стальных велосипедных рам

Мы начинаем серию статей, в которой поговорим о материалах, используемых для изготовления велосипедных рам.

Основа любого велосипеда – рама. От ее качества, надежности и прочности зависит практически весь велосипед.

Нужно понимать, что характеристики рамы зависят не только от материала, из которого она изготовлена, но и в немалой степени от технологии его обработки, качестве сварки (соединения труб рамы между собой), ее геометрии. Все это влияет на эксплуатационные и ходовые характеристики всего велосипеда.

Для изготовления рам современных велосипедов обычно используют следующие материалы:

  • Сталь (обычную, углеродистую, хромомолибденовую).
  • Алюминиевые сплавы (Alloy)
  • Титановые сплавы (Titanium)
  • Карбон, углепластик (Carbon fiber)
  • Различные редкие, экспериментальные и оригинальные материалы (магниевые (Magnesiumc), алюминиево-скандиевые, бериллиевые сплавы, бамбук и т.д.)

У каждого типа материалов есть свои плюсы и минусы. Попробуем с ними разобраться.

Первая статья будет посвящена самому распространенному материалу, который используется при изготовлении велорам – стали.

Различные марки сталей используется для этого уже более 100 лет и, на мой взгляд, это не предел. На сегодняшний день, несмотря на широкое использование других материалов, стальных байков меньше не становится. А перспективы использования вселосипедов с такими рамами не только не ухудшаются, но и наоборот, становятся все более оптимистичными. Современные технологии варки сталей позмоляют получать маркисо все более улучшенными характеристиками.

Сталь, используемая для производства рам, бывает обычно трех типов:

  • Обыкновенная сталь (steel)
  • Высокотянутая или углеродистая сталь (High Ten)
  • Хромомолибденовые сплавы (Cro-Moly, хромоль)

Обыкновенная сталь (steel)

Это самый низший тип сталей, используемый при изготовлении рам для самых дешевых велосипедов. Они быстро ржавеют, очень непрочные и тяжелые. Мы на них не будем останавливаться. Если услышите высказывание, что «этот велосипед сделан из водопроводных труб» — это как раз о них. Китайцы красят такие велосипеды в яркие краски, но это совсем не улучшает их остальных характеристик.

Велорамы из углеродистой (высокотянутой) стали (High Ten)

Рамы из этих сталей обладают очень хорошими прочностными характеристиками, стойкостью к ржавчине. Благодаря гибкости стали такие рамы хорошо ведут себя на дороге, гася ее неровности. С учетом того, что дороги в нашей стране уже много лет не самые ровные в мире и улучшений в ближайшее время не предвидится, эти рамы будут еще долго востребованы.

На велосипедах, изготовленных из них можно совершенно спокойно прыгать с бордюров и более высоких препятствий. Они нормально выдерживают тяжелых велосипедистов и вообще, нагрузка на велосипед порядка 150 кг выдерживается ими совершенно спокойно.

Велосипедные рамы из хромомолибденовой стали (Cro-Moly, хромоль)

Хромомолибденовая сталь (хромоль) получается при добавления молибдена во время её варки. Молибден придает стали мелкозернистую структуру, повышает ее прочностные характеристики и увеличивает прокаливаемость. Чаще всего, для производства бесшовных труб, из которых изготавливают велосипедные рамы, используется легированная конструкционная хромомолибденовая сталь 30ХМА по ГОСТ 4543 или по американской классификации сталь 4130.

Эти марки стали легче, прочнее и надежнее, чем углеродистая сталь, описанная выше. Однако их цена значительно больше, чем углеродистых. Цена на высококачественную хромомолибденовую раму будет начинаться от 400$ (и это только рама!). Так что говорить о доступности велосипедов с такими рамами для обычных граждан в нашей стране не приходится.

Эти марки сталей гораздо меньше подвержены коррозии, чем предыдущие.

Проблемой при производстве таких рам является то, что найти хорошую хромомолибденовую сталь не так просто. Часто это более дешевые марки сталей. По информации в интернете настоящие профессиональные хромомолибденовые стальные рамы производит только фирма Marin (ну может еще один-два элитных бренда).

Свойства стальных велосипедных рам

Часто в обычных и интернет-магазинах продавцы говорят, что стальные велосипеды «это уже прошлый век», что сейчас на них никто не ездит. Это далеко не так. Современное развитие технологий и металлургии позволяет изготавливать стали, с гораздо лучшими свойствами, чем прошлом веке. Они крепче, так что даже трубы с более тонкими стенками спокойно выдерживают статические и динамические нагрузки, возникающие при поездке, при меньшем весе.

Читайте также:  Марка стали для фундаментных болтов с динамической нагрузкой

Плюсы стальных рам:

  • Высокая прочность, жесткость, надежность и долговечность. Не боятся падений и ударов, неприхотливы в обслуживании.
  • Очень хорошее и важное свойство стальной рамы в том, что она не накапливает усталость, т.е. ломается постепенно. В отличие от других материалов (алюминиевые сплавы, карбон и т.д.) сталь очень редко просто сразу ломается. Обычно сначала в этом месте появляется трещина, и уже потом ломается. Это позволяет велосипедисту вовремя ее заметить и спасти себя и раму от поломки во время движения, что может привести к тяжелым травмам.
  • Отличная ремонтопригодность. Если рама треснула или сломалась – любой сварщик может ее сварить.
  • Доступная стоимость для среднестатистического гражданина.
  • Хороший накат. Благодаря своему весу велосипед с такой рамой, после того как велосипедист перестал крутить педали, будет продолжать поддерживать набранную скорость.
  • Мягкость. Благодаря физическим свойствам стали, рама, изготовленная из нее, хорошо гасит вибрации, смягчает удары и неровности дороги. Кстати, именно поэтому хорошие жесткие стальные вилки тоже делаются из стали.

Недостатки стальной рамы

  • Больший вес, по сравнению с рамами, изготовленными из других рассматриваемых нами материалов.
  • Подвержены коррозии – могут ржаветь. Однако, при нормальной эксплуатации, если велосипед нормально покрашен, а не поцарапан, не зимует на улице и под дождем, регулярно моется и смазывается – он прослужит не один десяток лет.

Хочется немного остановиться на вопросе веса, который практически всегда приводят противники стальных рам.

Часто именно этот аргумент проталкивают современные маркетологи и продавцы, призывая покупать более легкие алюминиевые, карбоновые или титановые велосипеды, правда, забывая при этом упомянуть их цену и некоторые другие недостатки. А ведь вес – важная, хотя и не самая главная характеристика рамы, особенно для обычного, а не гоночного велосипеда.

Самая главные ее характеристики – прочность, жесткость и надежность. Обычный велосипедист не участвует в гонках на скорость, он использует велосипед или для получения удовольствий от велопрогулок или для работы.

Небольшое замечание: Мы используем два термина жесткость и прочность. Иногда возникает вопрос – чем жесткость отличается от прочности? Поясняем:

Жесткость – это способность материала не менять форму под воздействием нагрузки. Чем меньше жесткость, тем больше гибкость, пружинистость и амортизационные свойства материала.

Прочность – это способность матриала не разрушаться под воздействием на него нагрузки.

К тому же часто для уменьшения веса, стальные рамы делают из баттированных труб (баттированные трубы – это трубы с переменной толщиной стенок) или из труб с переменным или специальным профилем, которые позволяют снизить вес велосипеда, не ухудшая его прочности и надежности.

Баттирование бывает двойным или тройным. Т.е. толщина стенки трубы может меняться два или три раза. При этом в местах наибольших нагрузок, например, в местах сварки, стенка толще, чем в местах с меньшими нагрузками.

По поводу труб с не круглым профилем. Как видно на приведенной фотографии, у городского женского велосипеда Formula Breeze 2016, продающегося в нашем магазине, верхняя рама имеет треугольную форму, а нижняя — овальную, вытянутую в вертикальной плоскости. Такой профиль делает всю конструкцию более прочной, чем если бы она была выполнена из обычных круглых труб. Да, честно говоря, и вид становится симпатичней.

Более подробно почитать о баттировании труб и их сечении можно в статье «Геометрия рамы велосипеда».

Еще одно очень хорошее качество этого материала в том, что он достаточно дешев и велосипеды, изготовленные на основе таких рам, рядовой потребитель в нашей стране может позволить себе купить. Покупать велосипед по цене подержанного автомобиля могут далеко не все. Особенно в нашей стране.

Очень много детских и подростковых моделей велосипедов делается на основе стальных рам. Именно потому, что они надежны и дешевы, не боятся падений и неаккуратного отношения. Ну а что касается подростковых моделей, то вспомните, многие ли из Вас в детстве степенно разъезжали на своих великах во время прогулки. Нет. В основном это были гонки, прыжки, падения и столкновения. Именно поэтому подростковый велосипед должен быть крепким и надежным.

Детский велосипед Formula Lime 2016 Подростковая модель Dorozhnik Smart 2016

А сколько стальных велосипедов в семьях переходит от старшего ребенка младшему, а потом еще и детям друзей. Такие байки совершенно свободно служат более 10 лет, а то и более.

Помните, старые советские велосипеды? Ведь их до сих пор можно встретить на наших дорогах и часто именно это говорит о качестве материала, из которого они изготовлены. А в то время их изготавливали только из стали. И то, что он весит больше, чем алюминиевый, для большинства наших велосипедистов не играет никакой роли – они на нем ездят для себя, а не устанавливают рекорды на велотреке.

В качестве выводов хочется сказать следующее: миром правит маркетинг, а нам нужно пользоваться здравым смыслом.

Если нужен велосипед не для гонок по треку, а для обычных жизненных потребностей: надежный, прочный и, самое главное, не очень дорогой, то модель со стальной рамой – хороший выбор.

Помните только, что велосипед состоит не только из рамы, но и из других деталей и от их качества то же зависит комфорт и безопасность Ваших поездок.

В следующей статье мы рассмотрим алюминиевые рамы и как они влияют на поведение велосипеда.

Источник