Качество рам, рулей, вилок и прочих компонентов зависит как от конструкции, так и от материала.
Детали должны быть прочными и жесткими, гасить вибрации, но не гнуться/ломаться, и мало весить.
Основные материалы в эктрим байках:
Легированная сталь;
Алюминиевые сплавы 2014,6061,7005,7075;
Магниевые сплавы;
Титановые сплавы.
Основные характеристики велоконструкционных) материалов.
Плотность. Кг/м**3. По русски говоря, масса кубометра материала. Надо понимать что кубометр пластика легче, кубометра магния,который легче кубометра алюминия,который легче кубометра титана, который легче кубометра стали.
Упругость (Модуль Юнга).Способность материала сопротивляться внешеней нагрузке и принимать исходную форму после снятия этой нагрузки. Соответствует напряжению в образце, при котором он удлиняется в два раза.
Предел прочности (на разрыв).Н/м**2. Напряжение, при котором образец разрушается при растяжении.
Предел текучести. Напряжение, при котором погнутая деталька сама обратно не выгибается (в образце возникают необратимые пластические деформации)
Относительное удлинение. Удлинение образца после его разрушения (в процентах). Для рам эта величина должна быть не менее 10%, чтобы рама могла заметно погнуться перед поломкой.
Предел выносливости. Максимальное напряжение, при котором образец выдерживает практически бесконечное количество циклов периодической нагрузки.
Отношение жесткости к плотности у стали, дюралюминия и Ti примерно одинаковое. Поэтому стержни одинаковой длины и одинаковой жесткости из всех материалов будут весить примерно одинаково.
Почему же Al рамы легче стальных?
Рама делается не из стержней, а из труб. Жесткость трубы единичной длины пропорциональна модулю Юнга материала, и ее сечению (D**4-d**4)/D (D –внешний диаметр трубы, d – внутренний.). Т.е. при одинаковой толщине стенки, труба большего диаметра будет намного жестче.
Увеличению диаметра препятствует эффект "пивной банки"- тонкостенная труба теряет устойчивость и легко сминается.
Титану не нужно приписывать ВОЛШЕБНЫЕ СВОЙСТВА!
Титанновые сплавы не лучше алюмининиевых по всем параметрам, это два разных материала с разными свойствами.
Ti сплавы всего-лишь является золотой серединой по характеристикам между сталью и алю сплавами.
Вес титановых рам меньше потому, что стенки делают намного тоньше.
Есть один нюанс: титан очень твердый, а следовательно хрупкий, поэтому рамы и трескаются.
Играет он сильно, и с этим ничего не сделаешь, а если сделать на раме усиления, повысив жесткость, то нагрузка будет передаваться в места где более тонкий металл и трескаться будет там! Титановые рамы очень хороши по соотношению прочность/вес, но подходят лишь тем, кто аккуратно катает.
Еще одна важная вещь по поводу алюминиевых рам(вилок итд.) - заварить Al раму не только в гараже, но и в простейшей установке аргоновой сварки без потери прочности невозможно!
Когда варят алюминий, разрушают оксидную пленку,которая возникает СРАЗУ, при контакте с воздухом, сварка обязательно производиться в среде инертного газа, например, аргона. В противном случае сварка будет подобна приклеиванию заплатки на жирную камеру.
+ после сварки деталь обязательно должна проити термообработку (раму нагревают до температуры 200-230 градусов по Цельсию выдерживают определенное время, а после старение в течении 24 часов при 180 градусах по Цельсию, что бы структура металла в зоне швов и основного металла, была одинакова. Без этого прочности не будет, можно конечно поступить по другому - дать ей полежать 3 года без нагрузок эфект будет почти такой-же в зависимости от сплава.
Стальные рамы заваривать можно практически без последующей термообработки, если сварщик квалифицированный.
Изменения цвета металла вокруг шва должно быть минимально.
Титановые сплавы варить можно 2-3 раза они не очень требуют термообработки, но варить можно только в защитной среде(аргон,вакуум) и очень маленьким током. Швы должны быть с желтоватым оттенком или СЛЕГКА голубоватые. Когда вокруг шва все черное, серое, темно-синее, это пережженый металл, структура у которого похожа на песок.
Если возникла необходимость варить раму- отдайте опытному сварщику, ибо Дядя Вася уг@ндонит её.
В отличие от стали или титана, дюралюмины имеют низкий предел выносливости, значит от нагрузок при катании почти не деформируются после сильных ударов, но в них "копится усталость", отчего потом деталь разрушается внезапно. Потому средний срок службы Алю деталей (в частности рам и рулей) 2-3 года.
Именно вследствие борьбы с низкой усталостной прочностью алюминиевые рамы получаются очень жесткими со множеством косынок, но легче стальных всего на четверть.
Алюминий подвержен коррозии,в меньшей степени, чем сталь. Резьбовые соединения (да и соединения просто на трении) Al-Al, Al-Ti и Al-Сталь имеют свойство "прикипать", поэтому соединения надо регулярно смазывать консистентной смазкой.
Сплав 7075, как видно из той же таблицы, существенно прочнее и 6061, и 7005, да и усталостные характеристики его — лучшие в данной тройке.
Для самых массовых байков используются 7005 (цинковый сплав) и 6061 (магний-кремниевый сплав). 7005 и 6061 сплавы потому, что велосипедные рамы делаются из труб, сваренных между собой, а сварка 7075 — крайне сложный и дорогостоящий процесс.
Различие между ними в том, что 7005 при более высокой прочности труднее в обработке и сварке, из-за более высокого содержания добавок (свыше 6%).
Это означает, что производителям проще добавить трубам из сплава 6061 прочности за счёт свойств конструкции, такими технологиями как баттинг(стенки переменной толщины) и гидроформинг(получение переменного сечения по длинне трубы), что уменьшит вес и увеличит прочность труб).
Краткий итог:
CroMo 4130 (хромоль) стоит относительно недорого, хорошо формуется и сваривается не требует обязательной термообработки после сварки.;
К недостаткам стали, следует отнести то, что она имеет высокую плотность, легко коррозирует (ржавеет). Коррозия в местах соединения труб изнутри (ее не увидишь) – частая причина разрушения стальных рам со стажем.
Алюминиевые сплавы 2014, 6061,7005,7075 (дюралюминий). Легкие и жесткие, стоят дороже, мало склонны к корозии. После сварки одни сплавы требуют термообработки и искусственного старения (6061), другие только искусственного старения (7005), третьи деформационного уплотнения (2014) для восстановления микроструктуры материала. Коды после марки и обозначают эти процессы (7075-T6 или 2024-T4).
Титановые сплавы Золотая середина в отношении вес/прочность, стоят дорого, детали "заметно играют" (не жесткие), очень устоичивы к корозии, ремонтопригодны(но сварка дорогая).
Магниевые сплавы - сплавы на основе алюминия с повышенным содержанием магния, детали получаются жестче и легче чем из большинства дюралюминов, но и более хрупкими, к томуже стоят дороже. Склонны к корозии и абсолютно неремонтопригодны. Применяются в педалях и штанах аммортизационных вилок.
Жесткость нельзя назвать преимуществом или недостатком, все зависит от назначения детальки. К примеру упругость стали или титана позволит гасить вибрации от покрышек и ударов, в то время как жесткость алюминия и магния дпридает четкось ощущения и точность управления.
В качестве примера можно привести использование жестких алю рулей с амортизационными вилками, для повышения управляемости и упругих стальных рулей с жесткими вилками для снижения нагрузок на суставы рук от ударов.
Статья написана на основе материалов сайта homelab.vipcentr.ru и поста пользователя Х-байкерс Olson.
|
