[转载]钪合金车架小解
2015-04-13 00:22阅读:
发现最近很多车友在关注钪合金,但是大部分都不知道起特性。特意去找了一些资料,希望对大家有帮助。
所谓“钪合金”其实就是在铝及其合金中添加钪金属,形成高性能的合金属。钪
scandium(符号Sc)是典型的稀散亲石元素,已知含钪的矿物多达800多种,但作为钪的独立矿物只有钪钇矿、水磷钪矿、硅钪矿和钛硅酸稀金矿等少数几种,且矿源较小,在自然界中罕见。钪广泛分散于其它矿物,例如铝土矿、钛铁矿、锆铁矿、锆英石、钒钛磁铁矿、钨矿、铀矿和煤等矿物中。目前,全世界的钪储量约200万吨,其中90%-95%赋存于铝土矿、磷块岩及铁钛矿石中,少部分在铀、钍、钨、稀士矿石中。钪主要分布在俄罗斯、塔吉克斯坦、美国、马达加斯加等国家。从组成复杂和钪含量很低的原料中富集、分离和提取高纯钪的过程相当复杂,致使钪的产量不大,目前全世界年生产钪的氧化物尚不到一吨,但钪及其化合物却价格不菲,金属钪的价格为黄金的四倍多。尽管目前钪的高昂价格限制了它的广泛应用,但由于钪本身所具有的优异性能仍使其在电光源、宇航、电子工业、核技术、超导技术等重要领域获得应用。
如果说轻量上,钪合金可以在获得安全冲击强度下,有接近碳纤维的轻量,但是其依然可以保持很高刚性,甚至可以延展做到0.6mm的铝族合金极限壁
厚,这一点就是之后研发的e1合金都无法匹敌,所有说钪合金是铝族合金之王毫不为过,因为其物理特性是别的铝族合金多年想模仿,从未被超越的。
而
sc7000合金中(其实应该说是铝钪合金),其在一个车架的材料中,仅添加百分0.07的钪,就可获得强与现在大部分其它铝族合金的强度,但是仅这百分
0.07的量,按照钪价格去计算,都已经过了千元的金属材料成本,还不包括后期管的加工,热处理,涂装费用,所有也可以说钪合金是铝族合金之最贵(锻打后
切削7075的cnc件也有很高强度,但是这一材料不适合加工车架,因为焊接性能太差,并且高昂价格来自其加工工艺)。
说到另外新型合金材料,撇除铝族合金不谈,强度重量比更接近碳纤材料的是雷诺公司在99年推出的953合金钢,这其实是一种昂贵的不锈钢,据说前身来自某种刀具合金钢的配
方,但是这种合金钢的焊接技术和制管技术非常高难度,因此在全球目前能生产953钢管车架的工厂寥寥无几。
钛合金也有其强品
,其中6/4钛
(国内称tc6钛,其实是在钛中加入百分6的铝和百分4的钒),这本来是一种具有一定延展力可用做金属螺丝的高强度钛合金,也被通过很高难的技术加工成车
架了(tc6国内的价格05年是700元一公斤,开拓者还有一块2公斤的tc6钛锭),而这一材料车架的成本也是由于后期加工技术而导致的,因为6/4钛
延展能力极差,但是焊接性能很好(其之前是做3/25钛车架的焊条材料),因此车架用管,通常是锻打成型的钛板弯曲焊接,然后做成车架管,因此其生产成本
与953管车架基本相当,不过物理性能稍弱与953。
镁合金是由于加工过程粉尘的处理问题,因为其粉尘具有高爆性,纯镁在空气中是极不稳定
的,并且镁合金车架的抗腐蚀能力,图装表漆的特殊要求,都让其限制了应用,在早期,由于镁铝合金有比别的铝合金更低的比重,因此制造车架有一定的轻量优
势,但是后来更多新型铝族合金由于管延展能力,焊接性能,加工便捷等原因下,实现了对这一老材料的全面超越,因此镁合金仅在一些大体积注模件还有生存空
间,在自行车车架领域,其已经基本淡出历史舞台了,加工难度仅是一个方面,据说另外一个原因是其提供良好刚性时,也提供了同等比铝合金更死硬的路感。
碳纤是近代崛起的材料之王,当然碳纤并非单一的材料,其材料的强度,柔韧性,以及一些特殊物理性能,受到材料粘合剂,磨具力学设计,不同部位不同材料的控
制,差的碳纤复合材料车架,甚至强度重量比还不如一些铝架,而好的碳纤复合材料则是任何金属在整体强度重量比中无法超越的。当然碳纤车架的好坏也是最难判
断的,因为其包括给修补市场的市售,以及送去efb1测试的样架,以及提供给职业选手的用架,同一个品牌同一款车架都可能不同,线上工人只要对其五通内部
贴上几层16k布,其车架的刚性表现就与市售车架天差地别,而不同材料的后叉也决定着同样一个车型的路感弹性巨大差异,这确实是目前的材料之王,也是最复杂和难以鉴别的材料之一。
钪对铝合金具有非常神奇的合金化作用,在铝中只要加入千分之几的钪就会生成Al3Sc新相,对铝合金起变质作用,使合金的结构和性能发生明显变化。加入0.2%-0.4%Sc可使合金的再结晶温度提高150-200℃,且高温强度、结构稳定性、焊接性能和抗腐蚀性能均明显提高,并可避免高温下长期工作时易产生的脆化现象。
近几年,钪合金已广泛用于制造焊丝和体育器械(例如棒球和垒球棒,曲棍球杆,自行车横梁等),钪合金制造的棒球棒和垒球棒已在多项世界大赛及夏季奥运会的比赛中得到使用。
由于钪的熔点(1540℃)远比铝的熔点(660℃)高,钪的密度(2.0g/cm3)也比铝的密度(2.7g/cm3)低,所以,钪合金制造的车架,比铝合金的更加硬朗和轻量,可以说是除碳纤维之外最好的车架材料之一。