自転車のフレームはスチールとアルミニウムのどちらが優れていますか。 フレームの選択

金属製品（加熱タオル掛けや手すり、食器やフェンス、すのこや手すりなど）を選択するときは、まず素材を選択します。 従来、ステンレス鋼、アルミニウム、および通常の黒鋼 (カーボン) が競合すると考えられていました。 これらは類似した特徴を多数持っていますが、それでも互いに大きく異なります。 それらを比較して、アルミニウムとどちらが優れているかを判断するのは理にかなっています。 ステンレス鋼(黒色鋼は耐食性が低いため考慮されません)。

アルミニウムの特徴、メリット、デメリット

一般に工業的に使用されている金属の中で最も軽い金属の一つ。 熱伝導が良く、酸素腐食を受けません。 アルミニウムには数十の種類があり、それぞれに強度、耐酸化性、展性を高める独自の添加剤が含まれています。 しかし、非常に高価な航空機用アルミニウムを除いて、それらはすべて、柔らかすぎるという 1 つの欠点を持っています。 この金属で作られた部品は変形しやすいです。 そのため、動作中に製品が高圧にさらされる場所 (給水システムの水撃など) でアルミニウムを使用することは不可能です。

アルミニウムの耐食性やや高価です。 そうです、金属は「腐る」ことはありません。 しかしそれは、空気中で数時間以内に製品上に形成される酸化物の保護層によるものです。

ステンレス鋼

この合金には、価格が高いことを除いて、実質的に欠点はありません。 理論的にはアルミニウムのように腐食を恐れませんが、実際には酸化膜が形成されないため、時間の経過とともに腐食が起こります。」 ステンレス鋼「色褪せない。

アルミニウムよりわずかに重く、ステンレスは衝撃によく耐えます。 高圧摩耗（特にマンガンを含むブランド）。 熱伝達はアルミニウムよりも劣りますが、そのおかげで金属は「汗をかかず」、結露が少なくなります。

比較の結果に基づいて、金属の軽量化、強度、信頼性が必要なタスクを実行するには、 ステンレス鋼はアルミニウムよりも優れています.

現在、ロシア市場で最も一般的な NVF システムは、次の 3 つの大きなグループに分類できます。

  • アルミニウム合金製のサブクラッド構造を備えたシステム。
  • ポリマーコーティングを施した亜鉛メッキ鋼製のサブクラッド構造を備えたシステム。
  • ステンレス鋼製のサブクラッド構造を備えたシステム。

間違いなく、ステンレス鋼で作られたサブクラッド構造は最高の強度と熱特性を持っています。

材料の物理的および機械的特性の比較分析

※ステンレスと亜鉛メッキでは性質が若干異なります。

ステンレス鋼とアルミニウムの熱特性と強度特性

1. アルミニウムの 3 倍低い耐荷重能力と 5.5 倍の熱伝導率を考慮すると、アルミニウム合金ブラケットはステンレス鋼ブラケットよりも強力な「コールド ブリッジ」です。 これを示す指標は、周囲の構造の熱均一性係数です。 研究データによると、ステンレス鋼システムを使用した場合の密閉構造の均熱係数は 0.86 ～ 0.92 で、アルミニウム システムの場合は 0.6 ～ 0.7 であり、より厚い断熱材を敷設する必要があるため、ファサードのコストが増加します。

モスクワの場合、熱均一性係数を考慮した壁の必要な熱伝達抵抗は、ステンレス製ブラケットの場合 - 3.13/0.92=3.4 (m2.°C)/W、アルミニウム製ブラケットの場合 - 3.13/0.7= 4.47 です。 (m 2 .°C)/W、つまり 1.07 (m 2 .°C)/W 高くなります。 したがって、アルミニウムブラケットを使用する場合、断熱材の厚さ（熱伝導率0.045 W/（m°C））をほぼ5 cm大きくする必要があります（1.07 * 0.045 = 0.048 m）。

2. 建築物理研究所の計算によると、アルミニウム製ブラケットは厚みがあり熱伝導率が高いため、外気温度 -27 °C ではアンカーの温度は -3.5 °C まで低下する可能性があります。さらに低いのは、 計算では、アルミニウムブラケットの断面積は1.8 cm 2 であると想定されましたが、実際には4〜7 cm 2 です。 ステンレス鋼のブラケットを使用した場合、アンカーの温度は +8 °C でした。 つまり、アルミニウム製ブラケットを使用する場合、アンカーは温度が交互に変化するゾーンで動作し、アンカー上で水分が結露し、その後凍結する可能性があります。 これにより、アンカー周囲の壁の構造層の材料が徐々に破壊され、それに応じて耐荷重能力が低下します。これは、耐荷重能力の低い材料（発泡コンクリート、中空レンガなど）で作られた壁の場合は特に重要です。 。）。 同時に、ブラケットの下の断熱パッドは、厚さが薄く（3 ～ 8 mm）、（断熱材と比較して）熱伝導率が高いため、熱損失はわずか 1 ～ 2% しか減少しません。 実際には「冷たい橋」を壊すことはなく、アンカーの温度にはほとんど影響を与えません。

3. ガイドの熱膨張が低い。 アルミニウム合金の温度変形はステンレス鋼の 2.5 倍です。 ステンレス鋼は、アルミニウム (25 10 -6 °C -1) に比べて熱膨張係数が低くなります (10 10 -6 °C -1)。 したがって、-15 °C ～ +50 °C の温度差における 3 メートルのガイドの伸びは、スチールでは 2 mm、アルミニウムでは 5 mm となります。 したがって、アルミニウムガイドの熱膨張を補償するには、次のようないくつかの対策が必要です。

つまり、サブシステムへの追加要素 - 可動スライド (U 字型ブラケットの場合) またはリベット用のスリーブ付きの楕円形の穴 - の導入であり、固定固定 (L 字型ブラケットの場合) ではありません。

これは必然的に、より複雑で高価なサブシステムや誤った取り付けにつながります（取り付け業者がブッシングを使用しなかったり、追加の要素でアセンブリを誤って固定したりすることがよくあります）。

これらの対策の結果、重量負荷は耐荷重ブラケット (上部と下部) にのみかかり、他のブラケットはサポートとしてのみ機能します。これは、アンカーに均等に荷重がかからないことを意味しており、これを開発時に考慮する必要があります。設計文書は作成されないことがよくあります。 鋼鉄システムでは、荷重全体が均等に分散され、すべてのノードがしっかりと固定され、弾性変形の段階ですべての要素の動作によってわずかな熱膨張が補償されます。

クランプの設計により、ステンレススチールシステムではプレート間の隙間が 4 mm から、アルミニウムシステムでは少なくとも 7 mm になりますが、これも多くの顧客には適しておらず、台無しになります。 外観建物。 さらに、クランプは、ガイドの伸び分だけ被覆スラブの自由な動きを保証する必要があります。そうしないと、スラブが破壊されたり (特にガイドの接合部で) クランプが曲がったりしてしまいます (どちらも、破損につながる可能性があります)。被覆スラブが脱落する）。 スチール製システムでは、アルミニウム製システムでは大きな温度変形により時間の経過とともにクランプレッグが曲がらなくなってしまう危険性がありません。

ステンレス鋼とアルミニウムの耐火性

ステンレス鋼の融点は 1800 °C、アルミニウムは 630/670 °C (合金によって異なります) です。 火災時のタイル内面の温度は（地域認証センター「OPYTNOE」の試験結果による）750℃に達します。 したがって、アルミニウム構造を使用すると、基礎構造の溶融やファサードの一部（窓開口部の領域）の崩壊が発生する可能性があり、800〜900°Cの温度ではアルミニウム自体が燃焼を促進します。 ステンレスは火で溶けないので、要件に応じて最適です。 火災安全。 例えば、モスクワでは高層ビルの建設中、アルミニウム基礎構造の使用は一切認められていない。

腐食性

現在、特定のサブクラッド構造の耐食性、ひいては耐久性に関する唯一の信頼できる情報源は、ExpertKorr-MISiS の専門家の意見です。

最も耐久性のある構造はステンレス鋼で作られています。 このようなシステムの耐用年数は、攻撃性が中程度の都市工業雰囲気では少なくとも 40 年、攻撃性が低い条件付きのクリーンな雰囲気では少なくとも 50 年です。

アルミニウム合金は、酸化皮膜のおかげで高い耐食性を備えていますが、大気中の塩化物や硫黄濃度が高い条件下では、急速に粒界腐食が進行し、構造要素の強度が大幅に低下し、破壊につながる可能性があります。 。 したがって、平均的に攻撃的な都市工業環境におけるアルミニウム合金で作られた構造物の耐用年数は 15 年を超えません。 ただし、Rosstroy の要件によれば、NVF の基礎構造の要素の製造にアルミニウム合金を使用する場合、すべての要素は必ず陽極コーティングを施さなければなりません。 陽極酸化皮膜の存在により、アルミニウム合金基礎構造の耐用年数が長くなります。 しかし、下部構造を設置するとき、そのさまざまな要素はリベットで接続され、そのために穴が開けられるため、締結領域の陽極酸化皮膜の違反が発生します。つまり、陽極皮膜のない領域が必然的に作成されます。 さらに、アルミニウム リベットの鋼芯は、要素のアルミニウム媒体とともにガルバニ対を形成し、これにより基礎構造要素が取り付けられている場所での粒界腐食の活発なプロセスの進行にもつながります。 多くの場合、アルミニウム合金の基礎構造を備えた特定の NVF システムの低コストは、まさにシステム要素に保護陽極コーティングが施されていないためであることは注目に値します。 このような基礎構造の悪徳メーカーは、製品の高価な電気化学的陽極酸化プロセスを節約しています。

亜鉛メッキ鋼板は構造耐久性の観点から耐食性が不十分です。 しかし、ポリマーコーティングを施した後の、ポリマーコーティングを施した亜鉛メッキ鋼製の基礎構造の耐用年数は、中程度の攻撃性の都市工業雰囲気では 30 年、低攻撃性の条件付きのクリーンな雰囲気では 40 年になります。

アルミニウムと鋼製基礎構造の上記の指標を比較した結果、鋼製基礎構造はあらゆる点でアルミニウム製基礎構造よりも大幅に優れていると結論付けることができます。

  • スチールはよく知られた素材です。 アルミニウムは軽量でありながら、同時に風変わりな現代的な素材です。 アルミニウム合金製のファサード サブシステムを使用する場合、アルミニウムが提示する多くの要件を厳密に満たす必要があります。 危機でさらに厳しくなったロシアの厳しい建設現実の条件では、設置業者は安価で、留め具はより簡単で、建設は迅速に行われなければならないが、これらの要件を満たすことは困難である。 アルミニウムサブシステムの販売者が何について沈黙しているか、技術ソリューションのカタログには何が記載されているかを見てみましょう。

    1. スチールはアルミニウムに比べて熱膨張係数が低くなります。 -20度から+50度までの温度差により、ステンレス製の3メートルガイドは2mm、アルミニウム製のガイドは5～6mm長くなります。 したがって、アルミニウム システムには、多数の可動ジョイントと熱継ぎ目が備わっています。 スチールシステムでは、すべての接続が固定されており、よりシンプルで信頼性が高くなります。 システム要素は弾性変形ゾーンで動作します。

    2. スチール製システムでは、すべてのブラケットが耐荷重性を備えています。 したがって、クラッディングの重量は、ガイド上のすべてのブラケットに均等に分散されます (二重回路システムでは、ブラケットの配列に沿って)。 すべての固定ポイントはブラインド リベットまたはセルフタッピング ネジを使用して固定されています。
    アルミニウム製のファサードシステムでは、ブラケットは必ず耐荷重性のものと耐風性のものに分けられることを思い出してください。 さらに、被覆を備えた 3 メートルのガイドの全重量は 1 つの支持ブラケットで支えられなければなりません。

    3. 残りは風荷重に対してのみ機能します。 ガイドを風力ブラケットに移動可能に固定するために、風力ブラケットには長円形の穴が設けられています。 可動接続を作成するには、ブラインド リベットを使用する必要があります (セルフタッピングねじではありません!)。 さらに、リベットの取り付け位置は、取り付けが行われる周囲の温度に応じて変化する必要があります。

    実際の建設状況において、技術ソリューションのカタログを検討している施工業者は何人いるでしょうか? 彼らはどのくらいの期間指示に従いますか? (写真 - 風支持ブラケット、取り付けポイント、温度)。

  • 換気ファサードのスチール システムには、ファサード システムと一致する安価な留め具が使用されます。 これらは、亜鉛メッキ鋼システム用の亜鉛メッキ鋼リベットとネジ、およびステンレス鋼システム用のステンレス鋼リベットです。 クライマーは常にステンレス鋼のリベットで固定されています。
    アルミニウムのサブシステムでは、理論的にはステンレス鋼のファスナーまたはアルミニウムのブラインド リベットを使用する必要があります。 設置者の観点から見ると、ステンレスリベットには 3 つの大きな欠点があります。 ステンレス リベットの価格はセルフタッピングねじの 4 倍、リベットの取り付けにはセルフタッピングねじの 3 倍の時間がかかり、ステンレスリベットの取り付けには高価な工具 (800 ユーロ) が必要です。 したがって、非常に多くの場合、ブラインド リベットは亜鉛メッキのタッピンねじに置き換えられます。 金属とアルミニウムの電解質ペアがそれを物語っています。
  • アルミニウム合金AD31の引張強さは20kg/mm平方メートルであるのに対し、54kg/mm平方メートルです。 鋼で。 スチールはアルミニウムの2.5倍の耐荷重能力を持っています。 したがって、スチールシステムではアルミニウム製のシステムよりも 2 倍薄い部品が使用されます。 これにより重量が軽減されます。
  • スチール製のファサードは耐火性があります。 鋼の融点は1800度です。 アルミニウムを600〜700度でプレス。 テストによると、火災時の温度はファサードの特定の領域で 900 度に達し、アルミニウムの溶解につながる可能性があります。 これに対処するには、アルミニウム製システムに消火装置を取り付ける必要があります。 これは、アルミニウム製の通気ファサードのコストの増加につながります。
  • スチールの熱伝導率はアルミニウムの4分の1です。 アルミニウムの熱伝導率は 220 W/(m С)、ステンレスと亜鉛メッキ鋼はそれぞれ 40 と 45 W/(m С) です。 したがって、換気ファサードのアルミニウム システムのブラケットは大きなコールド ブリッジとなります。 ロシアの同僚らは、アルミニウムのサブシステムを使用する場合、ファサードを同等に断熱するには、20 mm 厚い断熱材を敷く必要があると計算しました。
  • アルミニウム合金の熱伝導率はステンレス鋼の5.5倍です。 したがって、ブラケットが壁に取り付けられている場所にコールドブリッジが形成される可能性を排除するために、厚さ10 mmのサーマルブレークがアルミニウムサブシステム（スチールでは2 mm）に使用されます。これは、ブラケットの信頼性に悪影響を及ぼします。アンカーヘッドは交互の温度で動作するため、NVF の最も負荷がかかる要素であるアンカーの腐食につながります。 また、このような重要なコンポーネントに厚いプラスチック要素が存在しても、システム全体の信頼性は向上しません。
  • スチール製ファサード システムのコストは、顧客にとって重要な要素です。 亜鉛メッキ鋼製のファサード システムは、価格と品質の適切な妥協点です。 換気ファサード用のスチール製二重回路吊り下げシステムは、何もない壁で計算すると、最初からアルミニウム製の単一回路システムよりも安価です。 デュアル回路テクノロジーがもたらす利点を考慮すると、価格差は 2 倍になる可能性があります。

編集日: 2017/02/02

についての一連の記事を続けます さまざまな素材、自転車のフレームの製造に使用されます。 前回の記事ではスチールフレームをベースにした自転車についてお話しました。

現代では、自転車のフレームの製造に次の素材が使用されています。

  • (レギュラー、カーボン、クロモリ)。
  • アルミニウム合金（ 合金)
  • （チタン）
  • （カーボンファイバー）
  • 各種希少材料、実験材料（マグネシウム（Magnesiumc）、アルミニウム - スカンジウム、ベリリウム合金、竹など）

この記事では、アルミニウム合金で作られたフレームの特性を見ていきます。

アルミフレームという言葉自体が完全に正しいわけではありません。 純粋な形のアルミニウムは柔らかすぎるため、使用されません。 この用語は、亜鉛、銅、マグネシウム、マンガンなどの他の金属との合金を指します。

アルミフレームの大きな利点の一つはその軽さです。 このようなフレームを備えた自転車は速度が速くなり、上り坂も楽になるのはこのためです。 しかし、これは運動量の損失という形でマイナスの影響も及ぼします。 自転車に乗る人がペダルを止めると、自転車はより速く止まります。

アルミ自転車フレームの利点:

  • 軽量化スチールフレームに比べて剛性が高く、その結果加速特性が良好です。
  • ほぼ絶対的 耐食性- そのようなフレームは「一般的に」という言葉から錆びません。
  • 高速特性：スピードが出やすく、上り坂も楽になります。

アルミニウム合金製の自転車フレームの欠点:

  • 剛性。 アルミフレームは実際には振動を減衰させず、特にフォークが硬くて衝撃吸収性がない場合、路面の凹凸はすべて手に伝わり、5番目の点を介して背骨に伝わります。
  • 急激な勢いの喪失。 重量が軽いため、鉄骨フレームの自転車とは異なり、ペダルをこぐのをやめるとすぐに速度が落ちます。
  • 脆弱性。 自転車を頻繁に使用すると、数年後に亀裂が入る可能性が急激に高まります。 また、10 年間定期的に乗った後は、自転車に乗る前に自転車に異物がないか定期的に検査することをお勧めします。 メーカーは、ほとんどの場合、アルミニウム合金製のフレームに対して 5 ～ 10 年以内の保証を提供します。
  • 衝撃や落下に敏感になるスチールやチタンフレームよりも。 結局のところ、アルミニウムは鋼よりも柔らかいため、鋼では気づかない衝撃でもアルミニウムにへこみを残す可能性があります。
  • 修理不能性。 アルミフレームは溶接が難しく、強度にあまり自信がありません。新しいものを買ったほうが無難です。
  • 高価。

自転車のフレームの製造に使用されるアルミニウム合金の種類。

自転車のフレームの製造に使用されるアルミニウム合金の種類について少し詳しく見てみましょう。

アルミニウム合金には非常に多くのグレード（2014、7000、7005T6、7009T6、7010T6、6061T6、6065など）がありますが、グレード7005T6および6061T6（GOST 4784-97による国産合金AD33の類似品）は、自転車の構造で最もよく使用されます。

6,000 番台または 7,000 番台の合金とも呼ばれます。

名前に「T6」という文字が使用されている場合は、その材料が熱処理されていることを示します。

たとえば、合金 6061 を熱処理する場合、それから作られた製品は 530 °C まで加熱され、その後水で集中的に冷却されます。 その後、約180℃の温度で8時間人工熟成させます。 この処理後、合金 6061 はすでに 6061-T6 と呼ばれています。

熱処理中、合金 7005 は水ではなく空気で冷却されます。

たとえば、以下の表は、合金内の金属の組成と、熱処理後にその物理的特性がどのように変化するかを示しています。

合金 コンパウンド
金属		 限界
強さ
壊す
(千PSI単位)		 限界
ひっくり返す
(千PSI単位)		 パーセント
伸長		 硬度
ブリネルによれば
2014 4.5% 銅
0.8% カーボン
0.8%マンガン
0.5% マグネシウム		 27 14 18% 45
2014T6 70 60 13% 135
6061 1% マグ​​ネシウム
0.6% シリコン
0.2% クロム
0.3% 銅
最大0.7%の鉄		 18 8 25% 30
6061T6 45 40 17% 95
7005T6 4.5% 亜鉛
1.4% マグネシウム
0.45%マンガン
0.13% クロム		 51 42 13% 該当なし
7075T6 5.6% 亜鉛
2.4% マグネシウム
1.6% 銅
0.23% クロム
0.15%マンガン		 83 73 11% 150

表内:

抗張力- これは負荷であり、それを超えると製品は破壊されます。

従来の欠点としては、鋼の腐食が挙げられます。 しかし、子供用自転車の場合はそうはいきません。 結局のところ、子供たちは成長しており、最初の錆が現れるよりも早く、年齢に応じたモデルが必要になるでしょう。 XXX ストアの商品を見ると、子供向けモデルのほとんどがスチール製フレームであることがわかります。

アルミフレームの長所と短所

販売者が挙げる最初の主な利点は、アルミニウムがスチールよりもはるかに軽いということです。 自転車を持ち上げて長距離を運ぶ必要がある場合、重量が重要になります。 さて、すべての小学生は、アルミニウム合金が鋼合金よりも腐食を受けにくいことを知っています。 このような素晴らしい車は運転するのが簡単で、従順でダイナミックです。

さまざまな魅力があるにもかかわらず、子供は初めてアルミフレームの自転車に乗ろうとすると、その微妙な違いを感じるでしょう。 路面のわずかな凹凸も体全体で感じられ、特に赤ちゃんの体重が軽いと感じられます。 一部のメーカーでは、フロントフォークにショックアブソーバーを備えており、振動の問題を解決しています。 2 番目の欠点は、転がりが苦手であることです。これは、すでにこの移動をうまくマスターしている子供に関係します。 ペダルを回さずに惰性で加速して長時間運転することは不可能でしょう。

アルミニウム合金は強度に優れていますが、「疲労」が蓄積しやすい性質があります。 フレームに何かが壊れた場合、それを直すのはそれほど簡単ではありません。 アルゴン溶接探さなければなりませんが、安くはありません。 信頼性を高めるために、チューブの所々の壁を厚くする技術であるバッティングが使用されます。 視覚的には、アルミニウムフレームは常に厚くなります。

アルミニウム自体に加えて、合金には亜鉛、シリコン、カドミウム、銅が含まれています。 これらには、合金の組成をエンコードする 4 桁の数字がマークされています (たとえば、7005 には亜鉛が含まれています)。 上級者にはチタンやカーボンファイバー製のフレームが推奨されますが、そのようなフレームを使用した子供用モデルは生産されていません。

では、何を選択すればよいでしょうか? 明確な答えはありません。 優先順位のリストと短い試乗は、決定に役立ちます。

  • 「ベッドアイアン」低炭素鋼
  • 合金鋼
  • アルミニウム合金
  • チタン
  • 複合合金
  • エキゾチックな素材

それぞれの素材を詳しく見て、長所と短所について話しましょう。

最も安価な材料はいわゆる「ベッド鉄」であり、実際には純鉄でさえなく、低級鋼です。 これはレクリエーション用自転車の主な素材であり、主にマウンテン バイクの主要ブランドの偽造品の製造にも使用されます。 特徴的な機能この素材で作られた自転車はフレーム重量が大きく、最も人気のあるメーカーはインドと中国です。 ここでは鉄の話をしましたが、これは自転車が作られ始めた最初の素材です。 こうして 19 世紀に継ぎ目のない鉄フレームが作られ始めました。 そして、技術に応じて断面が変化し、負荷が高くなるほど壁が厚くなるパイプが1935年に初めて製造され、現代ではこの技術は「バッティング」と呼ばれています。 かなりたくさん 良いプロデューサー彼らは合金鋼でフレームを作っていますが、この素材はより優れており、より高価であり、それほど重くありません。

鉄骨フレームの主な利点を見てみましょう

  • 鋼材を扱う豊富な経験により、鋼材の加工技術が大幅に向上しました。 そこからフレーム用のあらゆる形状のパイプを作成し、高品質の溶接またははんだ付けを実現できます。 多くのメーカーがスチールフレームに永久保証を与えているのに対し、アルミニウムフレームには 5 年間の保証が付いているのはこのためです。
  • 合金鋼は非常に高い疲労強度を持っています。 また、負荷がかかった状態でも数百万回のサイクルに耐えることができます。 また、スチールフレームは、アルミニウムフレームのように破裂することはなく、徐々に亀裂から交換されることがわかります。
  • 弾性率が高いため、アルミフレームよりも剛性を保ちながら薄いフレームを設計することが可能です。
  • 高率振動減衰により、衝撃吸収のない自転車を作ることが可能になり、設計ミスは特に目立ちませんが、アルミニウムフレームには「ヤギ」のようなものがあり、ジオメトリが間違っていると、わずかな障害物（小さな小石）でも大きなジャンプにつながります。 、など）。

まあ鋼 良い選択肢しかし、スチールフレームの自転車はほとんどが低価格帯にあり、良い鉄馬を選ぶのは非常に困難です。 アルミニウムにすべての注意が払われていますが、その理由を読み続けてください。

フレーム製造に最も一般的な素材です。 この要因の 1 つは製造コストの低さです。工場から出荷されるアルミニウム フレームは 1 個あたり 25 ドルです。 アルミニウムの特性は鋼よりもはるかに悪いという事実にもかかわらず、依然としてアルミニウムの方が人気があります。 そして、これは彼の体重にあります。 つまり、鋼鉄の比重は 1 立方センチメートルあたり 7.85 グラムですが、アルミニウムの比重はわずか 2.7 グラムです。 物理学の教訓を思い出すと、パイプの直径が大きいほど剛性が高くなります。より正確に言うと、3次依存性があり、直径が2倍増加すると剛性は8倍になります。 。 壁の厚さの場合、すべてが単純になります。線形の関係は、厚さが 2 倍増加すると剛性が 2 倍増加するということです。 しかし、肉厚を無制限に薄くすることはできないため、アルミニウムは鉄よりも優れています。 スチールフレームの最小壁厚は 0.4 mm、アルミニウムは 0.8 mm ですが、スチールははるかに重いです。

アルミニウム フレームの形状は非常に異なりますが、ハイドロフォーミング技術のおかげで、溶接に頼ることなく、単一のデザインのパイプにさまざまな厚みを持たせることができます。 これにより信頼性が向上し (溶接継ぎ目がなくなり)、生産技術が簡素化されます。

アルミフレームのメリットとしては、低コスト、高剛性、低価格、軽量化が挙げられます。 短所: 寿命が短い、目に見える警告なしに壊れる、揺れが目立つ。

チタンはスチールとアルミニウムの最高の利点を組み合わせています。 スチールに比べて約40%軽量化されています。 耐食性。 ただし、チタンの剛性はスチールよりも低く、これはパイプの直径が大きいことで補われますが、このオプションでもこれらのフレームはスチールよりも軽量になります。 チタン フレームの中で、アルミニウムとバナジウムを含む 2 つの最も人気のある合金、3Al/2.5V と 6Al/4V があります。 最初のものは耐久性が低く、重いですが、価格ははるかに安価です。 チタンフレームはスチールフレームと同様に振動をよく減衰します。 確かに、これらのフレームは初心者には完全に適しているわけではありません。まず、価格が高いためです。 複雑なプロセス生産性（指定された特性を備えたフレームを作成するのは非常に困難です）と材料のコストが高いこと、第二に、他の材料で作られたフレームを試してみないと違いを感じることができません。 このため、初心者にはアルミニウムを選択することをお勧めします。

最近カーボンフレームの人気が高まっています。 店頭では、アルミニウムとカーボンファイバーで作られた複合素材も見つけることができます。 これはフレーム用の最も軽い素材で、比重は立方センチメートルあたりわずか 1.76 グラムです。 高強度（鋼の 7 倍）と高剛性（鋼の 3 倍）、優れた振動吸収性により、カーボンフレームは自転車製造に最適です。 この製造技術は強化複合材料、つまりカーボン生地で強化されたカーボンマトリックスに基づいています。 制作には多大なエネルギーと時間がかかります。 最終的には、構造全体が真空オーブンで高温 (1200°C ～ 2500°C) で炭化されます。 唯一の欠点は、カーボンは繊維の方向以外の全方向への荷重を十分に保持できないため、横からの衝撃は好ましくありませんが、転倒が少なければすべて問題なく、耐久性はアルミニウムやスチールよりも低いことです。 しかし、彼らはこの問題に取り組んでおり、おそらく近いうちに炭素が鉄を超えるでしょう。

どのフレームを選択するかという質問には明確な答えはありませんが、初心者向けのカーボンフレームやチタンフレームは高価であることを考慮して、最初はアルミフレームを選択することをお勧めします。 そして、すでに経験を積み、要件に応じて自転車からより高価なソリューションを選択する必要があることを認識しています。

自転車 アルミフレーム- 現代の市場で最も一般的なものの1つ。 これは、材料の軽さと低コストの組み合わせによるものです。 鋼の比重が 1 立方センチメートルあたり 7.8 グラムである場合、アルミニウムの場合、この数値は約 2.7 グラムになります。 最小パラメータが 0.8 mm であるため、壁が厚いという点でもこの材料は鉄よりも優れており、製品の重量は厚さ 0.4 mm の鉄骨フレームよりも軽いです。 溶接継ぎ目が存在しないため、信頼性がさらに向上します。 さらに、さまざまな構成で実行できます。 それらの特徴、メリット、デメリットを考えてみましょう。

説明

アルミニウムフレームの自転車は軽量なため、速度が速くなり、登りやすくなります。 ライダーがペダルをこぐのを止めた後、自転車がより速く停止するのもこれが理由です。 アルミニウムは純粋な形で使用されるのではなく、亜鉛、マンガン、ニッケル、銅、マグネシウムとの合金を意味します。

このような自転車は鋼製の自転車よりも硬く、あまり曲がらないため、急旋回するのはさらに困難です。 フレームの剛性により、サイクリストの努力によるエネルギーがロスなくホイールに伝達されます。 このような微妙な点はプロにとって重要な役割を果たしますが、アマチュアにとっては重要な指標ではありません。 乗り心地が厳しくなり快適性が低下するのが顕著になります。 アルミフレームの自転車は、凹凸のある路面や段差ではサドルやハンドルバーに伝わる振動をほとんど吸収しません。 このような自転車には、優れた衝撃吸収性と快適なサドルが必要です。 これにより、衝撃の一部が平準化され、動きに有益な効果が得られます。

長所

問題の製品の利点から始めましょう。 これらには次のものが含まれます。

  • 軽量化により速度特性と加速性が向上します。
  • 腐食プロセスに対する最大の耐性。
  • 登坂走行時でも高い走破性を実現。


マイナス

アルミニウムフレームの自転車には、次のような多くの欠点があります。

  • サスペンションフォークを持たないモデルでは特に顕著な剛性の高さ。
  • 急激な勢いの喪失。 軽量なため、ライダーがペダルをこぐのをやめると、スチールフレーム製のバイクよりも早く停止します。
  • アクティブな使用時の耐用年数が短い。 数年経つとひび割れが発生する場合があります。 メーカーは 5 ～ 10 年間の保証を提供しますが、この期間を過ぎた後は、部品に注油して変形の可能性を確認することをお勧めします。
  • アルミフレームは落としてしまうと凹みが発生しやすいです。
  • 整備性が悪い。 このような部品を溶接するのは非常に問題があるため、新しい部品を購入することをお勧めします。
  • かなり高い値段です。

アルミフレームの折りたたみ自転車

以下に、このタイプの人気ブランドをいくつかリストし、その簡単な特徴を示します。

  1. 高価なシティバイクStrida SXはオリジナルの外装を備えています。 折りたたむとコンパクトなカートサイズになり、自力で移動できます。 ステアリングホイールも変形可能。 この自転車の利点には、ケーブルとワイヤーがフレームの空洞に隠されている、組み立てが簡単である、トランクがある、ディスクブレーキがあるという事実が含まれます。 操作性が良く、重量はわずか 11.6 kg です。 欠点の中には、積載量が小さい、車輪が狭い、衝撃吸収性が低いなどがあります。
  2. スマート 20。この価格帯では最高のスタイリッシュなシティバイクです。 女性でも問題なく使えます。 利点の中には、耐久性のあるフレーム、便利な変形機構、反射板やその他のアクセサリの存在などがあります。 欠点としては、ハンドブレーキの欠如と翼のアライメントの品質が挙げられます。
  3. 自転車「ステルス」。 Pilot-710モデルはアルミフレームなのでスムーズな乗り心地を妨げません。 この車両は惰性走行時に速度が上がり、控えめなデザインで、折り畳むとどの車の荷物室にも収まり、荷物ラックとチェーン保護装置が標準装備されています。 デメリットとしては、ハンドルバーが広いことや、背の高い人にとって着座位置が座りにくいことが挙げられます。 改造の意図された目的は都市旅行です。


アルミフレームの子供用自転車

以下は、子供向けおよびティーンエイジャー向けのモデルの簡単な説明です。

  • 火星。 この自転車は 3 歳以上のお子様向けに設計されています。 キットには追加のポリウレタン ホイールが含まれています。 フレームとフォークはアルミニウム合金製で、ハンドルバーの高さはアジャスター付きです。 ホイール直径は12インチ、モデル重量は4.5kgです。
  • フォワード・ティンバ。 6～9歳のお子様に最適な商品の1つです。 美しいデザインがあり、 お手頃な価格で、チェーン保護と取り外し可能な安全ホイール。 欠点としては、かなりの重量 (約 14 kg) と、一部の可動部品を調整する必要があることが挙げられます。
  • シュルツ・マックス アルミフレームを採用した中価格帯の子供用自転車です。 バイクの重量は14.3kgです。 対象年齢は12～16歳で、耐荷重は110kgまで。 このモデルの利点は、組み立て/分解の容易さ、優れたスピード、20 インチホイールの装備、品質です。 欠点の中には、工場での調整が不適切であったり、ブレーキパッドの品質が疑わしいことが挙げられます。


特徴

自転車を選ぶとき、アルミニウム製の自転車フレームを選択するかスチール製の自転車フレームを選択するかという質問がよく起こります。 最終的な決定は、購入者の経済力、機械の目的、ユーザーの主観的な要件によって異なります。 アルミニウム構造物の製造では、直径の大きな厚肉パイプが使用されることは注目に値します。

これは、物理法則によれば、パイプのサイズが 2 倍になれば剛性は 8 倍に増加し、肉厚が 2 倍になれば剛性指標も同じ量だけ増加するという事実によるものです。 したがって、利用可能なオプションのうち、直径を大きくすることが望ましいです。

一般に、アルミフレームのパイプ肉厚の最小値は0.8mmです。 メーカーは多くの場合、突き合わせたり、異なるセクションを使用してパイプを製造します。これにより、製品の強化も可能になります。

使用合金

自転車のフレームの製造には多くのアルミニウム合金が使用されています。 最も一般的なブランドは 7005T6 と 6061T6 です。 T インデックスは、材料が熱処理を受けていることを示します。 たとえば、6061 合金で作られた製品は摂氏 530 度まで加熱され、その後液体によって積極的に冷却されます。 その後、180度の温度で8時間人工熟成させます。 出力は6061-T6です。 アナログ番号 7007 は水ではなく空冷されます。

以下は 比較特性熱処理前後の材料 (括弧内):

  • 合金 2014 (2014T6) - 引張強さは 27 (70) 千 PSL、降伏強さ - 14 (60)、伸び率 - 18 (13)、ブリネル硬度 - 45 (135)。
  • 材料 6061 (6061T6) の同様の指標は、18 (45)、8 (40)、25 (17)、30 (95) です。

最初の合金は、銅 4.5%、炭素とマンガン 0.8%、マグネシウム 0.5% を使用します。 第２の材料は、１％のマグネシウム、０．６％のシリコン、０．３％の銅、０．２％のクロム、約０．７％の鉄を含む。


ついに

最も強い自転車は 16 インチの自転車で、そのアルミニウム フレームは合金 70005 または 7005 で作られています。しかし、アナログの 6061 は技術的により進歩しており、それからパイプを作ることが可能です。 複雑なセクション、これにより製品の強度が向上します。 さらに、このようなアルミニウムは溶接性にも優れています。 タイプを選択するときは、自分の経済力と自転車の用途を考慮してください。 適切に使用すれば、スチール、アルミニウム、カーボンなど、あらゆる素材で作られたフレームを備えた自転車は非常に長持ちします。

長年にわたり、自転車のフレームに使用される最も一般的な素材はスチールでした。 ほぼ100年にわたり、生産技術は改良され、自転車のフレームに最適な鋼種が選択されてきました。 フレームの製造に使用される鋼の最も一般的なグレードは、合金元素であるクロムとモリブデンを含むものです。 したがって、これらはクロムモリブデンと呼ばれます。 場合によっては、フレームの製造に他の安価なグレードの鋼が使用されることもあります。

鉄骨フレームのメリット

1. スチールフレームは金属のバネ性により、悪路での衝撃や振動をよく緩和します。
2. 保守性。 鉄骨フレームが破損した場合でも、いつでも修理でき、溶接機を使用して個々の要素を交換することもできます。

鉄骨フレームのデメリット

1. 鉄は比重が大きいため、重量が重いことがスチールフレームの主な欠点です。
2. 腐食しやすい。 自転車を使用していると、フレームの保護塗装が傷つき、その部分に錆が発生します。 フレームチューブの内側にも腐食が見られる場合があるため、定期的な点検とタッチアップが必要です。

アルミ合金フレーム

現在、自転車フレームの製造に最も一般的な素材です。 アルミニウムは純粋な形では使用されません。 シリコン、マグネシウム、亜鉛、銅をさまざまな割合で含む合金が多数あります。

アルミ合金フレームのメリット

1. 重量が主な利点です。 アルミニウム合金フレームは、スチールフレームと同等の強度を得るために重いチューブで作られていますが、それでもスチールよりもはるかに軽いです。
2. アルミニウムは酸化しにくい特性があるため、アルミニウムで作られたフレームは実質的に腐食しません。 例外は冬のサイクリングで、道路はアルミニウムと相互作用する可能性のあるさまざまな試薬で処理されます。
3. 剛性。 アルミフレームは剛性が高く、扱いやすいバイクです。

欠陥

1. 価格が高い。 アルミニウムは常に鋼よりも高価であり、さらにその溶接には複雑な作業が必要です 技術的プロセス、そのため価格が上昇します。
2. 複雑な修理。 アルミニウムを溶接するには、アルゴン溶接機が必要ですが、これは高価な楽しみであり、溶接がその後の負荷に耐えられるかどうかは事実ではありません。
3. フレームの剛性は欠点でもあります。あらゆる穴や道路の凹凸がサイクリストの体の一部に伝わります。

マグネシウム合金フレーム

利点

1.軽量でアルミやチタンよりもさらに軽い。
2. 強度が高い。 重量が軽いため、強度が優れています。
3. 鉄骨フレームと同様に振動をよく減衰します。

欠陥

1. 価格。
2. マグネシウムの主な欠点は、他の人と容易に相互作用する能力であることです。 化学元素、耐食性が低下します。

チタン合金フレーム

このような素材で作られたフレームは通常、大量生産されませんが、特にプロのサイクリングでは非常に広く使用されています。

利点

1. 強度が高い。
2. 鋼と同等の強度を持ちながら、チタンは2倍の軽さです。
3. 腐食を受けません。
4.路面の凹凸からの振動をしっかりと吸収します。

欠陥

1. 価格がそのようなフレームを備えた自転車の需要を抑制する主な欠点です。

複合材料製フレーム

強度を損なうことなく自転車の重量を軽減するために、自転車の構造に複合材料が使用され始めました。 カーボンフレームの出現は、ポリマー分野における化学産業の発展によって促進されました。

カーボンフレームのメリット

1. 軽量。
2.耐久性。
3. 振動をよく減衰します。
4. 腐食を受けません。

欠陥

1. 素材がもろいため、衝撃が怖い。
2.価格が高い。

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