อลูมิเนียมอัลลอยด์
ประวัติศาสตร์
จักรยานอลูมิเนียมคันแรกถูกสร้างขึ้นในช่วงเปลี่ยนศตวรรษ นั่นคือ: ศตวรรษที่ 19 เอกสารแรกของอลูมิเนียมที่ใช้เป็นวัสดุเฟรมจักรยานเป็นสามตัวอย่างที่สร้างขึ้นเพื่องานแสดงสินค้าปารีสโดย Clement Cycles ในปี 1893 จักรยานนี้ไม่ได้ทำจากหลอด แต่เป็นการหล่ออลูมิเนียมชิ้นเดียว!
แน่นอนว่านี่เป็นช่วงเวลาที่น่าประทับใจเนื่องจากอลูมิเนียมเป็นอุตสาหกรรมที่ผลิตขึ้นครั้งแรกในปี 1856 เท่านั้น แต่อย่างที่คุณสามารถจินตนาการได้ว่าเฟรมแข็งเหล่านี้หนักมากและไม่ค่อยดีเท่าไหร่
อลูมิเนียมเป็นวัสดุเฟรมยังคงอยากรู้อยากเห็นสำหรับ 80 ปีข้างหน้าในขณะที่เฟรมเหล็กครองตลาดประสิทธิภาพและประโยชน์ใช้สอย สิ่งนี้จะไม่เปลี่ยนแปลงจนกว่าจะมีการพัฒนาการเชื่อมทิกและกลายเป็นเรื่องธรรมดาในยุค 70 ความก้าวหน้านี้ช่วยให้การก่อสร้างจากหลอดกลวงอัดขึ้นรูปและเป็นไปได้ของประสิทธิภาพที่ดีขึ้นมาก
ในปี 1974 Marc Rosenbaum นักศึกษาวิศวกรรมเครื่องกลของ MIT ตัดสินใจที่จะลองสร้างจักรยานอลูมิเนียมสำหรับวิทยานิพนธ์ระดับสูงของเขา เขาใช้ประโยชน์จากความหนาแน่นต่ำของอลูมิเนียมและสร้างจักรยานของเขาด้วยท่อขนาดใหญ่และผนังที่บางมาก ผลที่ตามมาของความพยายามของเขาคือจักรยานไบค์ที่เบากว่าที่อื่น ๆ ในโลกที่ 12.3 ปอนด์!
นี่เป็นบทความที่ยอดเยี่ยมเกี่ยวกับเรื่องนี้ https://www.sheldonbrown.com/AluminumBikeProject.html
อุตสาหกรรมติดตามหลังจากนั้นไม่นาน Gary Klein ได้จดสิทธิบัตรเฟรมจักรยานอลูมิเนียมขนาดใหญ่ในปี 1977 และเริ่มก่อตั้ง บริษัท จักรยาน Klein Cannondale เปิดตัวรุ่นแรกของ CAAD ในปี 1983 และอัลได้เข้าร่วมกลุ่มโปรหลังจากนั้นไม่นาน Miguel Indurain ได้รับรางวัล TdF ครั้งแรกใน Aluminium Pinarello Keral Lite ในปี 1995 และเป็นวัสดุที่ถูกเลือกจนกระทั่งถูกแทนที่ด้วยคาร์บอนในปี 1999
วันนี้เฟรมจักรยานอลูมิเนียมเป็นส่วนใหญ่ของการผลิตใหม่ที่มีเหล็กแทนที่เป็นตัวเลือกต้นทุนที่ต่ำที่สุด คุณสามารถซื้อจักรยานกรอบอลูมิเนียมได้จากทุกห้างสรรพสินค้า อลูมิเนียมยังมีชีวิตอยู่ในระดับสูงสุดใน peloton มืออาชีพด้วย Allez เฉพาะของจอนนี่บราวน์ที่ชนะการแข่งขันชิงแชมป์รายการ US Road Championships ในปี 2018
คุณสมบัติของวัสดุ
โลหะโครงสร้างส่วนใหญ่มีความแข็งแรงสูงสุดต่ออัตราส่วนน้ำหนักใกล้เคียงกัน นี่เป็นเพราะฟิสิกส์ของพันธะโลหะ อลูมิเนียมอัลลอยด์มีลักษณะโค้งเหมือนเหล็กและอัลลอยไทเทเนียม แต่มีความหนาแน่นและความแข็งแรงต่ำกว่าต่อหน่วยปริมาตร สิ่งนี้มีความหมายบางอย่าง:
อลูมิเนียมไม่ดีสำหรับการใช้งานที่มีความแข็งแรงสูงซึ่งมีขนาด จำกัด อลูมิเนียมจะไม่ดีสำหรับสกรูสลักเกลียวหรือหมุดเพราะจะทำให้เหล็กมีความแข็งแรง
อย่างไรก็ตามสำหรับหลอดจักรยานเคสนั้นอยู่ตรงกันข้าม หลอดที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่และผนังที่บางจะเบากว่าสำหรับความแข็งเดียวกัน นี่เป็นเพราะความฝืด (โมเมนต์ความเฉื่อย) ของหลอดภายใต้ตาชั่งตาชั่งกับลูกบาศก์ของรัศมีรักษาวัสดุทั้งหมดเดียวกัน อย่างไรก็ตามหลอดที่มีความบางเพียงพอนั้นมีความเสี่ยงที่จะเกิดการโก่งเปลือกภายในเครื่อง ผลกระทบนี้จะ จำกัด ความบางที่ท่อเหล็กสามารถทำได้ เนื่องจากอลูมิเนียมมีความหนาแน่นน้อยกว่ามากมวลเดียวกันจึงสามารถทำเป็นหลอดที่มีขนาดใหญ่กว่าในเส้นผ่าศูนย์กลางและความหนาของผนังดังนั้นจึงแข็ง อีกวิธีหนึ่งเฟรมแข็งทื่อเท่ากันสามารถทำเบากว่าเหล็ก เฟรมอลูมิเนียมส่วนใหญ่ในปัจจุบันมีท่อที่กว้างกว่าจักรยานเหล็ก แต่จริง ๆ แล้วท่อเหล่านี้มีความกว้างน้อยกว่าความเหมาะสมทางทฤษฎี การประนีประนอมบางอย่างทำขึ้นเพื่อต่อต้านการขนย้ายสัมภาระและเพื่อปรับปรุงอากาศพลศาสตร์
อลูมิเนียมมีคุณสมบัติในการถ่ายเทอากาศในตัวเองหมายถึงโลหะที่ถูกออกซิไดซ์จะช่วยปกป้องโลหะที่อยู่ภายในจากการกัดกร่อน ซึ่งหมายความว่าอลูมิเนียมไม่ขึ้นสนิมในน้ำจืดหรืออากาศ อย่างไรก็ตามอลูมิเนียมมีความเสี่ยงที่จะเกิดการกัดกร่อนแบบรูเข็มโดยสารละลายที่โจมตีฟิล์มพาสซีฟรวมถึงน้ำเกลือ นี่เป็นปัญหาสำหรับสภาพแวดล้อมทางทะเลและในช่วงฤดูหนาวที่ถนนถูกเค็มและคุณควรจะครอบคลุมอลูมิเนียมที่สัมผัสอยู่
โลหะผสมอลูมิเนียมละลายที่ประมาณ 600C และพวกมันค่อนข้างง่ายต่อการหล่อ อย่างไรก็ตามการใช้งานที่มีความแข็งแรงสูงชอบอลูมิเนียมปลอมแปลงเพราะสามารถจัดแนวของธัญพืชในทิศทางที่ดี อลูมิเนียมนั้นง่ายต่อการกลึงมากกว่าเหล็กกล้าหรือไททาเนียมและไม่ทำให้แข็งด้วยความร้อน เฟรมอลูมิเนียมที่ทันสมัยคุณภาพสูงจำนวนมากผลิตโดย hydroforming ซึ่งแรงดันน้ำที่สูงมากทำให้ท่ออลูมิเนียมกลายเป็นแบบแม่พิมพ์ กระบวนการนี้ช่วยให้มีอิสระในการออกแบบอย่างมากและท่ออลูมิเนียมสามารถทำให้มีอิสระได้มากกว่าเหล็กกล้าแม้ว่าจะมีปริมาณน้อยกว่าคาร์บอน
อลูมิเนียมอัลลอยด์มักจะบอกว่าไม่มีขีดจำกัดความล้า ซึ่งหมายความว่าถ้านับรอบสูงพอโหลดในที่สุดจะทำให้เกิดความล้มเหลว ดังนั้นเฟรมอลูมิเนียมสามารถมองเห็นได้ว่ามีอายุการใช้งานที่ จำกัด นี่เป็นสิ่งที่ตรงกันข้ามกับวัสดุเช่นเหล็กที่มีขีด จำกัด รอบ (ที่ จำกัด ) ที่โหลดต่ำกว่าขีดจำกัดความล้า เรื่องนี้ไม่เป็นความจริงเลยและอลูมิเนียมอัลลอยด์ได้ระบุถึงความล้าที่ระดับสูงสุดของรอบการนับ อย่างไรก็ตามความแข็งแรงของการล้าของอลูมิเนียมนั้นถูกกำหนดน้อยกว่าเหล็กเนื่องจากแผนภาพความล้านั้นไม่ได้เบี่ยงเบนไปอย่างรุนแรงในทุกจุด จากประสบการณ์ของฉันเฟรมอลูมิเนียมที่ได้รับการออกแบบมาอย่างดีจะมีอายุการใช้งานนานกว่าที่คนส่วนใหญ่ยังคงทำงาน คนขับรายวันของฉันอายุยี่สิบปี คนส่วนใหญ่ (แม้ว่าจะไม่ใช่ผู้อ่าน) ก็ไม่ได้เป็นเจ้าของจักรยานนานขนาดนั้น
6061T6 เป็นเกรดทั่วไปของอลูมิเนียมอัลลอยด์ที่ใช้ในการปั่น แข็งแรงทนทานปานกลางและเชื่อมโดย TIG ได้ง่าย 7075 มีความแข็งแรงเป็นสองเท่า แต่ไม่สามารถเชื่อมได้และไวต่อการแตกไมโคร ผู้ผลิตจักรยานหลายรายมีชื่อทางการค้าของตนเองสำหรับโลหะผสมที่ใช้และอาจแตกต่างกันไป โลหะผสมที่แปลกใหม่จำนวนมากอยู่กับองค์ประกอบเช่นแมกนีเซียมและ Scandium
อัล 6061T6
- ความหนาแน่น: 2700 kg / m ^ 3
- ความแข็งแรง: 276 MPa
- พลังที่แข็งแกร่ง: 310 MPa
- Young's Modulus: 69 GPa
- การยืดตัวที่ Yield: 0.4%
- การยืดเมื่อขาด: 12%
- ขีดจำกัดความเหนื่อยล้า: 97 MPa
- ความแข็ง Brinell: 95
อัล 7075T6
- ความหนาแน่น: 2810 กก. / m ^ 3
- ความแข็งแรง: 503 MPa
- พลังที่แข็งแกร่ง: 572 MPa
- Young's Modulus: 72 GPa
- การยืดตัวที่ Yield: 0.7%
- การยืดเมื่อขาด: 11%
- ขีดจำกัดความเหนื่อยล้า: 159 MPa
- ความแข็งของ Brinell: 150
เพื่อการเปรียบเทียบเท่านั้น:
4130 Chromoly
- ความหนาแน่น: 7850 kg / m ^ 3
- ความแข็งแรง: 435 MPa
- พลังที่แข็งแกร่ง: 670 MPa
- Young's Modulus: 205 GPa
- การยืดตัวที่ Yield: 0.2%
- การยืดเมื่อขาด: 25.5%
- ขีดจำกัดความเหนื่อยล้า: 320 MPa
- ความแข็ง Brinell: 195
Ti6Al4V
- ความหนาแน่น: 4430 kg / m ^ 3
- ความแข็งแรง: 880 MPa
- ความแข็งแกร่งที่สุด: 950 MPa
- Young's Modulus: 114 GPa
- การยืดตัวที่ Yield: 0.8%
- การยืดเมื่อขาด: 14%
- ขีดจำกัดความเหนื่อยล้า: 510 MPa
- ความแข็ง Brinell: 334
คาร์บอนไฟเบอร์ Toray T700S (UD)
- ความหนาแน่น: 1800 กก. / m ^ 3
- Ultimate Strength: 2550 MPa
- Young's Modulus: 230 GPa
- การยืดเมื่อขาด: 1.7%