Механические свойства стали и алюминиевых сплавов. Прочность и деформативность

Пожалуй, самый кардинальный апгрейд велосипеда - это замена рамы. Именно рама задаёт характер байка, сильнее всего влияет на его ходовые качества, на внешний вид и, как следствие, на получаемое удовольствие от катания. На интернет-форумах сломано множество копий насчёт выбора того или иного материала рамы и данную тему можно смело отнести к разряду холиваров, но всё же я позволю себе порассуждать и изложу своё мнение.

Алюминиевые рамы

На протяжении многих лет алюминиевые рамы пользуются большой популярностью среди велосипедистов по всему миру. Хоть рамы и называются «алюминиевые», но изготавливают их не из чистого алюминия, а из сплава, ввиду того, что сам по себе алюминий довольно мягок. Таким образом примерно на 95% сплав состоит из алюминия, но также включает: магний, цинк, марганец, титан, хром, железо и др. В результате этого получаются такие популярные сплавы как 7005 и 6061, чаще всего используемые при изготовлении велосипедных рам. С целью увеличения прочности применяются трубы большого диаметра и с большей толщиной стенок. Многие алюминиевые рамы, с целью облегчения, обладают т.н. баттингом, что представляет собой переменную толщину стенок труб в разных местах, в зависимости от нагрузки. В результате рама получается достаточно лёгкой, жёсткой и прочной.

Вес алюминиевой рамы среднего уровня в размере 19” составляет около 2-2.5 кг, что позволяет собрать довольно лёгкий байк при весьма скромном бюджете. Что касается жёсткости, то это и хорошо, и плохо. Для участия в гонках, где важен рывок, динамичная езда стоя на педалях и чёткость управления, жёсткость будет плюсом. Но если говорить о продолжительных поездках на длинные дистанции, то езда на алюминиевой раме может вызвать некоторые неприятные ощущения в пояснице, спине и руках, особенно если у вас есть какие-либо проблемы с позвоночником. Причиной тому названная выше жёсткость, а также свойства материала - низкое внутреннее трение, в результате чего, вибрация от колёс очень хорошо передаётся велосипедисту через раму.

Одним из главных недостатков алюминиевых рам является их склонность к накоплению усталости и, как результат, неожиданным поломкам в самый неподходящий момент. Именно поэтому стоит с особой настороженностью относиться к б/у рамам из алюминиевого сплава возрастом более 10 лет, с приличным пробегом или подвергавшимся большим нагрузкам (например, в экстремальных дисциплинах). Также это актуально для жёстких алюминиевых вилок. Мало того, что езда на такой вилке крайне некомфортна, так ещё и сломаться может внезапно.

Так или иначе, но алюминиевые рамы продолжают пользоваться большой популярностью и на их базе собирают многие серийные модели велосипедов в нижнем и среднем ценовых сегментах. Пожалуй, цена здесь является основополагающим фактором. Ведь приобрести достаточно качественную раму из алюминиевого сплава можно даже за 5000-8000 руб.

В профессиональном велоспорте алюминиевые рамы уже давно не используются и их полностью вытеснил карбон, который по своим свойствам гораздо лучше подходит для дисциплин, где счёт времени идёт на секунды, а веса на граммы.

Карбоновые рамы

В профессиональном спорте карбон закрепился прочно и надолго, вряд ли в ближайшие годы что-то сможет его вытеснить. Технологии продолжают оттачивать, выпускают новые модели рам, обладающие большей жёсткостью, прочностью, лучшей аэродинамикой и меньшим весом. Вместе с этим карбоновые рамы и компоненты перестали быть привилегией исключительно профессионалов и, чем дальше, тем больше, проникают в ряды велосипедистов-любителей. Вместе с этим появилась масса статей и тем на форумах с весьма неоднозначными мнениями насчёт карбоновых рам. Могут вызвать недоумение статьи, где автор рассказывает о том, какой карбон классный, надёжный и прочный, но потом сам себе противоречит и говорит о том, что он всё же немного хрупкий. Так всё же, надёжный или хрупкий? Давайте разберёмся.

На самом деле так и есть, карбон одновременно и прочен, и хрупок, как бы это странно не звучало. На растяжение карбон гораздо прочнее алюминиевого сплава, но что касается излома или сильных точечных ударов, то здесь всё уже не так хорошо. Можно подвергать карбоновую раму высоким нагрузкам при езде по пересечённой местности, прыжках, даже перевозить тяжёлое туристское снаряжение в походе и не переживать, что карбон не выдержит и вдруг сложится. Но иногда может случиться так, что велосипед неудачно упадёт на острый камень, угол стены или получит удар при транспортировке в электричке, поезде или самолёте. Таких случае довольно много. Какова вероятность того, что такое произойдёт конкретно в вашем сценарии использования - вопрос другой. Правда не стоит думать, что карбон действительно настолько хрупкий и способен разрушиться от любого маломальского удара. В большинстве случаев всё должно обойтись поверхностным сколом лака, слой которого также обеспечивает дополнительную защиту карбона. При нормальном использовании карбоновая рама может прослужить очень долго, ведь карбон практически не накапливает усталость.

Последнее время большую популярность получили бюджетные (относительно) китайские карбоновые рамы. В первую очередь это обусловлено ценой - около 13000-15000 руб., что более чем в два раза ниже стоимости моделей известных брендов. Стоит ли покупать такую раму? Если очень хочется попробовать карбон, но нет возможности приобрести раму известного производителя, то это единственный вариант. Но нужно учитывать, что карбон карбону - рознь. Бюджетная карбоновая рама неизвестного происхождения может быть не такой лёгкой и надёжной, не обладать продуманной геометрией, в общем, существенно проигрывать брендовым образцам. Но, так или иначе, позволит вам получить представление о том, что такое карбоновая рама и как она себя ведёт.

Нужен ли карбон мне?

Для того, чтобы вам было проще определиться, я предлагаю ответить для себя на ряд вопросов:

• Вы готовы потратить только на одну раму 30000+ рублей?
• Вы готовы потратить ещё около 60000 на остальные компоненты, которые будут соответствовать уровню рамы?
• Вы будете участвовать в гонках и бороться за призовые места?
• Вам точно не будет жалко рубиться на гонках на подобном велосипеде? 🙂
• Вы не планируете ездить в походы и не будете транспортировать байк в электричках или поездах вповалку с другими велосипедами?
• У вас есть ещё один велосипед попроще на каждый день?
• Вам важен «вау-эффект», производимый на окружающих?

В случае уверенных положительных ответов на эти вопросы, можно предположить, что да, скорее всего вам действительно нужен велосипед на карбоновой раме. Если же вам, в первую очередь, важны надёжность и долговечность, вы не собираетесь завоёвывать призовые места на соревнованиях, а кошелёк не тянет карман, то не стоит гнаться за трендами. В этом случае обратите внимание на более доступные и испытанные временем материалы, например, сталь.

Стальные рамы

Хотите прикоснуться к настоящей классике? Купите качественную стальную раму. Многие десятилетие большинство велосипедов собирались именно на стальных рамах, начиная от детских Школьников, заканчивая Colnago профессионального уровня. В начале 90-х годов, в профессиональном велоспорте, стальные рамы очень быстро были вытеснены алюминиевыми, а затем и карбоновыми. Что касается более бюджетных велосипедов, то здесь сталь до сих пор в ходу, причём очень даже разная.

Самые простые и бюджетные - рамы из низкоуглеродистой стали, чуть более дорогие - из легированной (high tensile, hiten steel). Первые используются на велосипедах самой низкой ценовой категории и иногда их называют рамами из кроватных или водопроводных труб. Действительно, характеристики их вряд ли можно назвать выдающимися, особенно первых. Такие рамы обладают большим весом (4-5 кг) и довольно сильно подвержены коррозии. Тем не менее стоят они недорого, крепки и ремонтопригодны и хорошо гасят вибрации.

Самые лучшие и интересные стальные рамы изготавливают из хромомолибденовой стали (CrMo). Некогда легендарные ХВЗ, Colnago, Bianchi, Pinarello и многие другие известные производители шоссейных и горных рам имели в своём арсенале множество моделей хромомолибденовых рам разного уровня, от средних любительских, до топовых профессиональных, на которых множество раз одерживали победы на культовых мировых велогонках, таких как: Tour de France, Giro d’Italia, Paris-Roubaix и многих других. Конечно, на сегодняшний день, в профессиональном велоспорте, сталь (даже такая качественная) уже много лет не используется, но многие производители продолжают изготавливать хромомолибденовые рамы, как шоссейные, так и горные, которые пользуются большой популярностью у ценителей классики и велотуристов, которым важна максимальная надёжность, ремонтопригодность и комфорт при передвижении по дорогам с самым разным покрытием.

Хромомолибденовые рамы очень стойки к накоплению усталости. Даже, если случилось так, что хромомолибденовая рама сломалась, то, как правило, это происходит не резко, а постепенно. Были случаи, когда у хромомолибденовых рам в тяжёлых походах появлялась трещина, но они выдерживали, не ломались, и позволяли закончить маршрут. Почти 10 лет назад ко мне попала хромомолибденовые рама Jamis Exile XC. Фотографии этого велосипеда вы можете наблюдать на страницах этого сайта. Так вот рама попала ко мне уже сильно побитой жизнью. Она долго лежала в неотапливаемом гараже, в результате чего начала ржаветь. Резьбу карточного узла мне пришлось тщательно очистить, обработать преобразователем, а после пролить всю раму мовилем. Кроме того на верхней трубе рамы есть вмятина, а также присутствует небольшое искривление задних перьев, таким образом заднее колесо оказалось немного в стороне. Тем не менее это мой основной велосипед на все случаи жизни, который я использую круглый год на протяжении 9 лет.

Велосипед на хромомолибденовой раме очень комфортен. Благодаря свойствам материала - высокому внутреннему трению и хорошей пластичности, байк на хромолевой раме буквально играет под велосипедистом, что очень хорошо чувствуется при езде по мелким неровностям, например, “стиральной доске” или каменистому грейдеру. Конечно, в случае использования велосипеда для гонок, мягкость можно отнести к недостаткам, нежели к плюсам. Но если в приоритете для вас комфорт при передвижении по разным дорогам и при их полном отсутствии, то хромоль - очень хороший вариант.

Бытует мнение, что стальные рамы очень тяжёлые. Но это совершенно не относится к качественным хромомолибденовым рамам. Если, конечно, не сравнивать их с карбоном. А вот с алюминиевыми вполне можно сравнить и преимущество будет не всегда за последними. Конечно, лёгкие хромомолибденовые рамы довольно дороги и могут стоить 20000-30000 руб. и более. Но есть варианты и подешевле, к тому же, в случае хромомолибденовых рам, не стоит сильно бояться Б/У, как с алюминиевыми. Мне мой Jamis достался почти бесплатно, можно сказать, что я его спас 🙂

Титановые рамы

Вот мы и добрались до моего любимого титана. Именно велосипед на титановой раме олицетворяет для меня максимальную универсальность, надёжность и является моим выбором. Напомню, что уже более 12 лет я владею велосипедом на базе рамы Titerra Ti-M19, некоторое время назад я писал о нём в статье и рассказывал в видео.

Титановые рамы обладают весом, сравнимым с лучшими алюминиевыми образцами, прочностью и комфортом, присущим хромомолибденовым рамам, но при этом практически не боятся коррозии и обладают фантастической долговечностью. Замечу, что пункт про долговечность имеет силу, если при изготовлении были соблюдены все технологии. В противном же случае рама может быстро сломаться и починить её уже будет не так просто, поскольку требования к условиям обработки титана весьма высоки, что напрямую отражается на ремонтопригодности изделия, особенно при отсутствии необходимых условий. Но если технология была соблюдена, то титановая рама будет служить вам десятилетиями, ещё и на внуков с правнуками хватит.

При изготовлении титановых рам применяется сплав, содержащий и другие элементы, а не только титан в чистом виде. Такие сплавы называются Titanium alloys. Так, например, самыми популярными сплавами, используемыми в производстве велосипедных рам являются 3AL-2.5V (3% Алюминий и 2.5% Ванадий) и 6AL-4V (6% Алюминий и 4% Ванадий). Зачастую данные сплавы комбинируются и используются в разных частях одного изделия. Также применяются и другие сплавы, например, известная фирма Rapid использует в своих рамах аэрокосмический сплав ОТ-4 и ПТ-7М.

Что касается предназначения титановых рам, то круг их применения весьма широк: круглогодичная и ежедневная эксплуатация в городе, сложные многодневные походы, бреветы, покатушки по любым типам дорог, сопряжённые с длительными пешими переходами, где велосипед приходится тащить буквально на себе. Разве что сюда я не стану относить гонки, где важна высокая жёсткость рамы, позволяющая обеспечить максимальный рывок и острое управление. Поскольку титан мягок, то он имеет некоторые потери при педалировании, особенно при силовом. Также, в случае эксплуатации велосипеда с титановой рамой людьми весом 100 кг и более, может быть заметна излишняя мягкость, вплоть до ощущения, что рама под вами просто болтается. Конечно, это во многом зависит от конкретной модели рамы.

Визуально велосипед на титановой раме выглядит совершенно неброско. Титан довольно редко красят и если нужно добиться эффектного внешнего вида, то его полируют до приобретения блеска. Большинство же рам продаются не полированными и для обывателей представляют собой просто серую железяку. Это, несомненно, можно отнести к плюсам. Несмотря на свою немалую стоимость, титановые велосипеды привлекают к себе гораздо меньше внимания, нежели разукрашенные алюминиевые или модные карбоновые, которые иногда так и кричат: «Эй, возьми меня, я такой классный!». Даже знаю случай, когда во время покатушки группа остановилась у сельского магазина, прислонили велосипеды и ушли. Титановый велосипед был прислонен последним. Когда люди вышли из магазина, то обнаружили, что титан (который был самым первым) валяется в стороне, а вот нового алюминиевого байка след простыл. Конечно, не стоит рассчитывать, что это работает всегда и спокойно оставлять велосипед где попало, но плюсом это, несомненно, является.

Самым большим недостатком титановых рам является их высокая цена, которая может быть эквивалентна брендовым карбоновым изделиям и даже превышать их стоимость. Так, например, б/у титановая рама, которой уже стукнуло 15 лет, может легко продаваться за 20000 руб., при этом нельзя сказать, что это сильно завышенный ценник. Цены на новые отечественные титановые рамы начинаются от 45000 руб. Поэтому, если вы решили собрать велосипед на титановой раме, то перед этим нужно взвесить все «за», «против» и понять, для чего всё это надо и стоит ли игра свеч. Во многих случаях хромомолибденовая рама может стать отличной альтернативой титану за существенно меньшие деньги.

Что касается моды и трендов, то титан держится особняком от рам из других материалов. В кругах продвинутых велосипедистов это выглядит примерно так: алюминий - массовые велосипеды, мало примечательные и обыденные; карбон - удел гонцов и продвинутых велосипедистов; хромомолибден - для ценителей классики и велосипедов старой школы. С титаном ситуация особая. Для него не действуют выражения вроде «классика» или «в тренде», он находится в другой параллели, вне времени и, если вы постигли дзен титановых байков, то уже вряд ли сможете пересмотреть свои взгляды.

Заключение

Конечно, помимо алюминиевых, карбоновых, стальных и титановых, есть велосипедные рамы и из других, гораздо более экзотичных сплавов и материалов, например, магниевые или скандиевые рамы. Но на сегодняшний день в продаже их найти весьма сложно, даже под заказ, да и насколько мне известно, интерес к ним уже сильно поубавился, в сравнении с тем, каким он был лет 10-15 назад.

Что касается выбора материала рамы для своего велосипеда, то здесь нужно подумать и определиться, как именно он будет эксплуатироваться. Каждый материал по-своему хорош, но и имеет свои слабые стороны. Если речь идёт о сборке бюджетного велосипеда, то скорее всего выбор будет ограничен алюминиевыми и стальными рамами. В случае вашей склонности к спорту и гонкам, на первых порах, гоняться стоит на алюминии, но при ощутимом росте переходите на карбон, что позволит вам улучшить результат. Но не стоит думать, что сев на карбон, вы сразу приедете в первой 5ке. Всё же, в первую очередь, едет велосипедист, а велосипед ему в этом помогает. Если вы тяготеете к велотуризму, любите длительные поездки по любым дорогам (а может и вовсе без них), при этом есть желание прикоснуть к чему-то вечному, надёжному и есть возможность серьёзно потратиться, то велосипед на титановой раме подойдёт вам как нельзя лучше. Не готовы потратить несколько десятков тысяч на одну раму, но хочется надёжности и долговечности, а «дутые» алюминиевые рамы не нравятся визуально? В этом случае обратите внимание на хромомолибденовые модели, которые, несомненно, смогут удовлетворить ваши потребности и изысканный вкус.

Несомненно, выбор рамы - вопрос очень важный, ведь на хорошем оборудовании и кататься приятно. Но я не советую вам ударяться в велофетишизм, гнаться за граммами и тратить время впустую, споря на велофорумах на тему, что круче, что катит, а что не катит. Главное, чтобы велосипед вам нравился, а у вас было желание, время и силы почаще кататься, получая пользу и удовольствие.

Если вам есть что добавить или вы хотите задать вопрос по той или иной раме, то милости прошу в комментарии.

К недостаткам традиционно относят коррозию стали. Однако в случае с детским велосипедом это не так актуально. Ведь дети растут, и соответствующая возрасту модель понадобится быстрее, чем появятся первые пятнышки ржавчины. Если посмотреть на предложения магазина ХХХ, видно, что большинство детских моделей имеют стальную раму.

Алюминиевая рама: за и против

Первое и главное преимущество, которое назовет любой продавец: алюминий намного легче стали. Когда велосипед нужно поднять и пронести на какое-то расстояние, вес имеет значение. Ну, а то, что алюминиевые сплавы боятся коррозии меньше, чем стальные, знает каждый школьник. Управлять таким великом легко, он послушный и динамичный.

При всей привлекательности, нюансы велосипеда с алюминиевой рамой ребенок почувствует при первой попытке езды. Малейшая неровность дороги ощущается всем телом, особенно при небольшом весе малыша. Некоторые производители снабжают переднюю вилку амортизатором, что решает проблему вибрации. Плохой накат – второй минус, актуальный для детей, которые уже хорошо освоили этот транспорт. Разогнаться и долго ехать за счет инерции, не прокручивая педали, вряд ли получится.

Алюминиевые сплавы прочные, но имеют свойство накапливать «усталость». Уж если с рамой приключилась поломка, починить не так просто. Аргоновую сварку придется поискать, и обойдется она недешево. Для повышения надежности используют баттинг – технологию, при которой трубка в некоторых местах имеет утолщенные стенки. Визуально алюминиевая рама всегда отличается большей толщиной.

В сплавах, помимо самого алюминия, присутствуют цинк, кремний, кадмий, медь. Маркируются они четырехзначными цифрами, в которых зашифрован состав сплава (к примеру, 7005 имеет в составе цинк). Продвинутые райдеры посоветуют раму из титана или углепластика, однако детских моделей с такими рамами не производят.

Так что же выбрать? Однозначного ответа нет. Определиться поможет список ваших приоритетов и небольшой тест-драйв.

• "кроватное железо" низкоуглеродистая сталь
• легированная сталь
• алюминиевые сплавы
• титан
• композитные сплавы
• экзотические материалы

Рассмотрим подробнее каждый материал и расскажем о их плюсах и минусах

Самым дешевым материалом является так называемое "кроватное железо", на самом деле это даже не чистое железо, а низкосортная сталь. Это основной материал для прогулочных велосипедов, так же из него в основном делают подделки основных брендов горных велосипедов. Отличительной чертой велосипедов из этого материала является большой вес рамы, самые популярные производители из Индии и Китая. Хотя мы тут и наговорили на железо, но это первый материал из которого начинали делать велосипеды. Так бесшовные рамы из железа стали делать еще в XIX веке. А трубы с переменным сечением по технологии чем выше нагрузка тем толще будут стенки впервые произвели в 1935 году, а в наше время эту технологию назвали "баттинг". Немало хороших производителей делают рамы из легированной стали этот материал лучше, дороже и не такой тяжелый.

Рассмотрим основные плюсы стальных рам

• Большой опыт работы со сталью сильно улучшил технологию работы с ней. Из нее можно сделать любую форму труб для рамы и добиться качественной сварки или пайки. И поэтому многие производители дают пожизненную гарантию на рамы из стали, когда алюминиевые часто встречаются с гарантией в 5 лет.
• Легированная сталь обладает очень высокой усталостной прочностью. И могут выдержать миллионные циклы под нагрузкой. И заметить износ стальной рамы легче, она не лопается как алюминиевая, а постепенно через трещины намекает о своей замене.
• Высокий модуль упругости дает возможность проектировать рамы тоньше алюминиевых сохраняя туже жесткость.
• Высокий показатель гашения вибраций позволял делать велосипед без амортизации, и ошибки в проектировании не особо заметны, в то время как в алюминиевых рамах есть такое понятие как "козлить", когда неправильная геометрия приводит к большим скачкам даже при малейших препятствиях (маленький камушек и т.д.)

Что ж сталь хороший вариант для длительных изнурительных поездок, но велосипеды на стальных рамах в основном нижнего ценового диапазона и выбрать хорошего железного коня очень трудно. Все внимания на алюминий и почему так читайте дальше.

Это самый распространенный материал для производства рам. Одним из факторов этого является низкая себестоимость производства, так есть рамы из алюминия которые выходят с завода по стоимости 25$ за штуку. Несмотря на то что характеристики алюминия намного хуже стали он все же более популярен. И кроется это в его весе. Так у стали удельный вес стали 7,85 грамм на кубический сантиметр, а у алюминия всего 2,7 грамма. Если вспомнить уроки физики, то чем больше диаметр трубы тем выше ее жесткость, а если точнее тут кубическая зависимость, увеличение диаметра в 2 раза даст прирост жесткости в 8 раз. С толщиной стенки все проще тут линейная зависимость двойное увеличение толщины даст двойное увеличение жесткости. Но так как толщину стенки нельзя уменьшать бесконечно, алюминий выигрывает у железа. Минимальная толщина стенки стальной рамы 0,4 мм, алюминия 0,8 мм, при этом сталь намного тяжелее.

Формы алюминиевых рам очень различны, а благодаря технологии гидроформирования можно не прибегая к сварке делать различные утолщения в трубах единой конструкции. Что увеличивает надежность (отсутствие швов от сварки) и упрощает технологию производства.

К достоинствам алюминиевых рам следует отнести: низкая стоимость, высокая жесткость, меньше цена и вес. К недостаткам: малый срок жизни, ломаются без видимых предупреждений, хорошо чувствуется тряска.

Лучшие достоинства стали и алюминия сочетает в себе титан. Около 40% меньше вес чем у стали. Устойчивость к коррозии. Но есть одно но, жесткость титана ниже стали и это компенсирует большим диаметром труб, но даже этот вариант делает эти рамы легче стальных. Среди титановых рам отличают 2 самых популярных сплава с алюминием и ванадием: 3Al/2.5V и 6Al/4V. Первый менее прочный и более тяжелый, но и цена у него намного меньше. Титановые рамы как и стальные хорошо гасят вибрацию. Правда эти рамы не совсем подходят новичкам, во первых большая цена из за сложного процесса производства (создать раму с указанными свойствами очень трудно) и дороговизны материала, во вторых почувствовать разницу они не смогут не испробовав рамы с других материалов. По этому новичкам советую склонится в сторону алюминия.

Последнее время популярность карбоновых рам стремится вверх. В магазинах даже можно найти составные с алюминия и карбона. Это самые легкий материал для рам удельный вес всего 1,76 грамм на кубический сантиметр. Большая прочность (в 7 раз больше стали) и высокая жесткость (в 3 раза больше стали), хорошее поглощение вибраций делают карбоновые рамы лучшим выбором для производства велосипедов. Технология производства основана на армированном композите: углеродная матрица армированная углеродной тканью. Производство требует больших затрат энергоресурсов и времени. Всю конструкцию в конечном итоге карбонизируют в вакуумной печи при высоких температурах (1200°C - 2500°C). Единственный минус карбон плохо держит нагрузки во всех направлениях кроме направления волокон, поэтому боковые удары не желательны, но если меньше падать все хорошо, ну и долговечность меньше чем у алюминия или стали. Но над этим вопросом работают и возможно в скором времени карбон перегонит и сталь.

На вопрос какую же раму выбрать однозначного ответа мы не дадим, Учитывая высокую цену карбоновых и титановых рам для новичков мы бы посоветовали взять сначала алюминиевую раму. И уже набравшись опыта и осознав что вам нужно от велосипеда выбирать более дорогие решения в зависимости от ваших требований.

Велосипеды с алюминиевой рамой - одни из самых распространенных на современном рынке. Обусловлено это легкостью материала в сочетании с низкой себестоимостью. Если у стали удельная масса составляет 7,8 грамма на кубический сантиметр, то у алюминия этот показатель - порядка 2,7 грамма. По утолщению стенок этот материал также выигрывает у железа, поскольку минимальный параметр составляет 0,8 мм, при этом весить изделие будет меньше, чем стальная рама толщиной 0,4 мм. Надежность дополнительно увеличивается благодаря отсутствию сварных швов. Кроме того, могут выполняться в различных конфигурациях. Рассмотрим их особенности, преимущества и недостатки.

Описание

Велосипеды с алюминиевой рамой благодаря малому весу быстрее набирают скорость, на них легче преодолевать подъемы. По этой же причине байк быстрее останавливается после того, как наездник перестает крутить педали. Алюминий в чистом виде не используется, под этим материалом подразумевается сплав его с цинком, марганцем, никелем, медью или магнием.

На таких велосипедах сложнее входить в крутые повороты, поскольку они жестче стальных аналогов, не так хорошо могут изгибаться. По причине жесткости рамы энергия от усилий велосипедиста передается на колеса с меньшими потерями. Такие тонкости играют роль для профессионалов, у любителей это не критичный показатель. Заметной становится более жесткая и менее комфортная езда. Велосипеды с алюминиевой рамой практически не гасят колебания, передаваемые на седло и руль на неровных поверхностях и кочках. Для такого байка требуется хороший амортизационный узел и удобное седло. Это позволит часть ударов нивелировать, что благоприятно скажется на перемещении.

Плюсы

Начнем с преимуществ рассматриваемого изделия. К ним относятся:

• Небольшая масса, позволяющая улучшить скоростные характеристики и разгон.
• Максимальная устойчивость к коррозийным процессам.
• Высокие ходовые характеристики даже при движении на подъем.

Минусы

Велосипеды с алюминиевой рамой имеют ряд недостатков, а именно:

• Высокую жесткость, что особенно ощущается на моделях без амортизационной вилки.
• Быструю потерю наката. По причине малого веса байк останавливается быстрее, чем аналог со стальной рамой, после того как велосипедист прекращает крутить педали.
• Небольшой рабочий ресурс при активной эксплуатации. Уже через несколько лет могут появиться трещины. Изготовители дают гарантию от 5 до 10 лет, но после этого срока рекомендуется смазывать деталь для проверки возможных деформаций.
• При падении на алюминиевой раме выше вероятность появления вмятин.
• Плохую ремонтопригодность. Сварить такую деталь весьма проблематично, лучше приобрести новую.
• Довольно высокую цену.

Складные велосипеды с алюминиевой рамой

Ниже перечислим несколько популярных марок этого типа и назовем их краткие характеристики:

1. Дорогой городской байк Strida SX отличается оригинальным экстерьером. Он складывается до размеров компактной тележки, которую можно транспортировать своим ходом. Руль также может трансформироваться. К плюсам велосипеда относится то, что тросы и провода спрятаны в полости рамы, его легко собирать, имеется багажник, дисковые тормоза . При хорошей маневренности аппарат весит всего 11,6 кг. Среди минусов - небольшая грузоподъемность, узкие колеса, плохая амортизация.
2. Smart 20. Стильный городской байк, считается одним из лучших в своей ценовой категории. Может без проблем эксплуатироваться женщинами. Среди достоинств - прочная рама, удобный механизм трансформации, наличие катафотов и прочих аксессуаров. К недостаткам относится отсутствие ручного тормоза и качество центровки крыльев.
3. Велосипед «Стелс». Алюминиевая рама модели «Пилот-710» не мешает мягкости хода. Транспорт хорошо набирает скорость накатом, имеет сдержанный дизайн, в сложенном положении помещается в багажный отсек любого автомобиля, оснащается в базовой комплектации багажником и защитой цепи. Недостатки заключаются в наличии широкого руля и неудобной посадке для высоких людей. Целевое предназначение модификации - городские поездки.

Детские велосипеды с алюминиевой рамой

Ниже представлено краткое описание некоторых детских и подростковых моделей:

• Mars. Этот велосипед рассчитан на детей от 3 лет. В комплекте идут дополнительные полиуретановые колеса. Рама и вилка изготовлены из алюминиевого сплава, имеется регулятор высоты руля. Диаметр колес - 12 дюймов, масса модели - 4,5 кг.
• Forward Timba‏. Один из лучших для детей 6-9 лет. Обладает красивым дизайном, доступной ценой, защитой цепи и съемными страховочными колесами. К недостаткам можно отнести приличный вес (почти 14 кг), а также необходимость регулировки некоторых подвижных узлов.
• Shulz Max. Эти детские велосипеды с алюминиевой рамой относятся к средней ценовой категории. Масса байка составляет 14,3 кг. Ориентирован он на подростков 12-16 лет, имеет грузоподъемность до 110 кг. Преимущества модели заключаются в удобстве сборки/разборки, хорошем наборе скорости, оснащении 20-дюймовыми колесами и качестве. Среди минусов - некорректная заводская регулировка, тормозные колодки сомнительного качества.

Особенности

При выборе байка часто возникает вопрос о том, алюминиевую или стальную раму велосипеда выбрать. Итоговое решение зависит от финансовых возможностей покупателя, предназначения машины и субъективных требований пользователя. Стоит отметить, что при изготовлении алюминиевых конструкций применяются толстостенные трубы большого диаметра.

Это связано с тем, что, по законам физики, если размер трубы увеличить в два раза, ее жесткость повысится в восемь раз, а при увеличении толщины стенки в два раза показатель жесткости увеличивается на такую же величину. Следовательно, из имеющихся вариантов повышение диаметра предпочтительнее.

Как правило, минимальная толщина стенки трубы на алюминиевой раме составляет 0,8 мм. Часто производители делают трубы методом баттирования или использования разных сечений, что также позволяет усилить изделие.

Используемые сплавы

Существует множество алюминиевых сплавов, из которых делают рамы для велосипедов. Наиболее распространенными являются марки 7005Т6 и 6061Т6. Индекс Т говорит о том, что материал прошел термическую обработку. К примеру, изделие из сплава 6061 нагревается до 530 градусов по Цельсию, затем активно охлаждается жидкостью. Далее на протяжении 8 часов материал искусственно старится при температуре 180 градусов. На выходе получается 6061-Т6. Аналог под номером 7007 охлаждается воздухом, а не водой.

Ниже приведены сравнительные характеристики материалов до и после термообработки (в скобках):

• Сплав 2014 (2014Т6) - прочность на разрыв составляет 27 (70) тыс. PSL, предел текучести - 14 (60), процент удлинения - 18 (13), твердость по Бринеллю - 45 (135).
• Аналогичные показатели материала 6061 (6061Т6) - 18 (45), 8 (40), 25 (17), 30 (95).

В первом сплаве используется 4,5 % меди, 0,8 % углерода и марганца, 0,5 % магния. Второй материал включает в себя 1 % магния, 0,6 % кремния, 0,3 % меди, 0,2 % хрома, около 0,7 % железа.

В заключение

Прочнее всего велосипед 16”, алюминиевая рама которого сделана из сплава 70005 или 7005. Тем не менее аналог 6061 технологичнее, что позволяет изготавливать из него трубы со сложным сечением, а это повышает прочность изделия. Кроме того, такой алюминий лучше поддается сварке. При выборе типа учитывайте финансовые возможности и предполагаемое использование велосипеда. При правильной эксплуатации байк с рамой из любого материала, включая сталь, алюминий или карбон, прослужит довольно долго.

На протяжении многих лет сталь была самым распространённым материалом из которого изготавливались рамы велосипеда. В течении почти ста лет совершенствовались технологии производства и подбирались наиболее подходящие марки стали для рамы велосипеда. Наиболее распространёнными марками стали для производства рам являются те, которые содержат хром и молибден - легирующие элементы. Соответственно они называются хромомолибденовыми. В некоторых случаях для производства рам используют другие менее дорогие марки стали.

Преимущества стальных рам

1. Стальная рама за счёт пружинящих свойств металла хорошо гасит толчки и вибрацию на плохой дороге.
2. Ремонтнопригодность. При поломке стальную раму всегда можно отремонтировать и даже заменить отдельные элементы, используя сварочный аппарат.

Недостатки стальных рам

1. Большой вес - основной недостаток стальной рамы за счёт высокого удельного веса железа.
2. Подверженность коррозии. В процессе эксплуатации велосипеда защитное покрасочное покрытие рамы повреждается и в этих местах появляется ржавчина. Также коррозия может появиться на внутренней части труб рамы, поэтому требует регулярного осмотра и подкрашивания.

Рамы из сплавов алюминия

Наиболее распространённый материал на сегодняшний момент для производства рам велосипедов. В чистом виде алюминий не используется. Существует большое количество различных сплавов, содержащих в различном процентном соотношении кремний, магний, цинк и медь.

Преимущества рам из алюминиевых сплавов

1. Вес - основное преимущество. Рамы из алюминиевых сплавов изготавливаются из более массивных труб, чтобы уравнять их прочность со стальными, но всё равно они имеют намного меньший вес по сравнению со стальными.
2. Из за свойств алюминия противостоять окислению, рамы из него практически не подвержены коррозии. Исключение составляет езда на велосипеде зимой, когда дороги обрабатываются различными реагентами, которые могут взаимодействовать с алюминием.
3. Жёсткость. Алюминиевая рама обладает высокой жёсткостью, что позволяет легче управлять велосипедом.

Недостатки

1. Высокая цена. Алюминий всегда был дороже стали, плюс его сварка требует сложного технологического процесса, из за чего взрастает цена.
2. Сложный ремонт. Для сварки алюминия требуется аппарат аргонной сварки - дорогое удовольствие и не факт, что сварной шов выдержит последующие нагрузки.
3. Жёсткость рамы является и её недостатком: все выбоины и неровности дороги передаются на части тела велосипедиста.

Рамы из сплавов магния

Преимущества

1. Небольшой вес, даже легче, чем у алюминия и титана.
2. Высокая прочность. При меньшем весе имеют хорошую прочность.
3. Хорошо гасят вибрацию, как стальные рамы.

Недостатки

1. Цена.
2. Главным недостатком магния является его способность входить легко входить во взаимодействие с другими химическими элементами, что уменьшает их коррозийную устойчивость.

Рамы из сплавов титана

Рамы из такого материала как правило не изготавливаются массово, хотя довольно широко применяются, особенно в профессиональном велоспорте.

Преимущества

1. Высокая прочность.
2. При одинаковой прочности со сталью титан в два раза легче.
3. Не подвержены коррозии.
4. Хорошо гасят вибрацию от неровностей дороги.

Недостатки

1. Цена - основной недостаток, который сдерживает спрос на велосипеды с такими рамами.

Рамы из композитных материалов

Композитные материалы начали использовать в велосипедостроении, чтобы уменьшить вес велосипеда, не потеряв при этом прочность. Появлению карбоновых рам способствовало развитие химической промышленности в области полимеров.

Преимущества карбоновых рам

1. Малый вес.
2. Прочность.
3. Хорошо гасят вибрацию.
4. Не подвержены коррозии.

Недостатки

1. Боятся ударов, из за хрупкости материала.
2. высокая цена.

Также читать на эту тему:

Волновая рама – ещё один тип открытой рамы, где верхняя и нижняя трубы объединены в одну большего диаметра для увеличения жёсткости. Устанавливается на детские, женские и складные велосипеды…

Начальный материал – вискоза или полиакрилонитрил 24 часа выдерживается при температуре 250 °C в воздушной среде. При этом образуются молекулы полимера со сдвоенной цепью, так называемые лестничные структуры, похожие при проекции на лестницу. Здесь объясняется прочность карбона…

Сварка TIG с применением постоянного тока используется на стальных конструкциях, а на переменном для сварки алюминиевых деталей. Шов при таком способе получается чистым и ровным. Позволяет сваривать между собой тонкие детали, не прожигая их…

В – плечо устойчивости – параметр обусловленный углом наклона рулевой колонки и изгибом перьев вилки. h – дорожный просвет велосипеда – расстояние между центром оси педали и уровнем земли. L1 – длина шатунов – расстояние между центром кареткм и центром оси педали…

Колесо:
– обод;
– покрышка;
- спицы;
- клапан…

Главная » Выбор велосипеда » ​Какая рама на велосипеде лучше: сталь или алюминий

Отредактировано: 02.02.2017

Мы продолжаем серию статей о различных материалах, используемых при производстве велосипедных рам. В прошлой статье мы поговорили о велосипедах на основе стальных рам.

В современном мире для изготовления рам велосипеда используют следующие материалы:

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

В этой статье мы рассмотрим свойства рамы, изготовленной из алюминиевых сплавов.

Сам термин алюминиевая рама не совсем правильный. Алюминий в чистом виде не применяется - он слишком мягкий. Под этим термином подразумеваются сплавы с другими металлами: цинком, медью, магнием, марганцем и т.д.

Один из больших плюсов алюминиевых рам - их малый вес. Именно поэтому велосипеды с такими рамами быстрее набирают скорость, на них легче подниматься в гору. Однако, это же дает и отрицательный эффект в виде потери наката, т.е. когда велосипедист прекращает вращать педали байк быстрее останавливается.

Преимущества алюминиевой велосипедной рамы:

• Меньший вес , по сравнению со стальными рамами, и как следствие этого хорошие разгонные характеристики.
• Почти абсолютная коррозийная стойкость - такие рамы не ржавеют от слова «вообще».
• Высокие скоростные характеристики : легче набрать скорость и ехать в гору.

Недостатки велосипедной рамы из алюминиевых сплавов:

• Жесткость . Алюминиевая рама практически не гасит вибрации, и все неровности дороги передаются на руки и через пятую точку на позвоночник, особенно если еще и вилка жесткая, а не амортизационная.
• Быстрая потеря наката . Из-за меньшего веса, как только байкер перестает крутить педали, велосипед быстро теряет свою скорость, в отличие от велосипеда со стальной рамой.
• Недолговечность . Если велосипед эксплуатируется активно, то через несколько лет резко возрастает вероятность получить трещину. А лет через 10 обычного катания рекомендуется регулярно осматривать байк перед поездкой на их наличие. Производители чаще всего дают гарантии на рамы из алюминиевых сплавов в пределах 5-10 лет.
• Более чувствительны к ударам и падениям , чем стальные и титановые рамы. Все-таки алюминий мягче стали и удар, который сталь даже не заметит - на алюминии может оставить вмятину.
• Неремонтопригодность . Сварить алюминиевую раму слишком сложно, да и уверенности в ее прочности это, на самом деле, не прибавит - надежнее купить себе новую.
• Высокая цена.

Виды алюминиевых сплавов, использующихся при изготовлении велорам.

Немного остановимся на видах алюминиевых сплавов, использующихся для изготовления велосипедных рам.

Марок алюминиевых сплавов достаточно много (2014, 7000, 7005T6, 7009T6, 7010T6, 6061T6, 6065 и т.д.), но наиболее часто в велосипедостроении используются марки 7005T6 и 6061T6 (аналог отечественного сплава АД33 по ГОСТ 4784-97).

Их еще называют сплавы шести- или семитысячной серии.

Использование в названии букв «Т6» говорит о том, что материал прошел термическую обработку.

Например, при термической обработке сплава 6061 изделие из него нагревают до 530 °С, затем интенсивно охлаждают водой. Затем его в течении 8 часов при температуре около 180 °С искусственно старят. После такой обработки сплав 6061 уже обозначают 6061-Т6.

Сплав 7005 при термической обработке охлаждают не водой, а воздухом.

Например, в приведенной ниже таблице видно состав металлов в сплавах и как изменяются их физические характеристики после термической обработки.

В таблице:

Предел прочночти на разрыв - это нагрузка, при превышении которой происходит разрушение изделия.

В разделе на вопрос Что крепче: Сталь или Алюминий? заданный автором Посоловеть лучший ответ это Такого понятия в физике нет.

Ответ от Максим [гуру]
Определённо алюминевый сплав, вобщем по прочности почти одинаково, но вес алюминевого сплава грубо говоря как пух, у меня велик такой, на всех бардюрах летаю. .
вобщем алюминь 100% верняк..

Ответ от Простокваша [мастер]
Сталь

Ответ от Карагач бала [гуру]
Жопа. Можно бить и сталью и алюминием и не сломается.

Ответ от Европейский [гуру]
поролон ёпта

Ответ от А. Ю. [гуру]
знаешь дружок у меня в 64
куда крепче

Ответ от Ёергей Потасов [гуру]
Смотря как сравнивать, в каких условиях и по каким критериям.
Колёса Кьюриосити, несмотря ни на что, сделали из сплава алюминия.

Ответ от QWERTY [гуру]
по жесткости конечно 300% сталь

Ответ от Ўрий Иванов [гуру]
Сталь. У нее и твердость и прочность выше.

Ответ от Tester [гуру]
Как то по ящику слышал выражение
-броня на основе алюмин сплава- по Звезде про какой то БМП

Ответ от Инженер [гуру]
По абсолютной прочности прочнее стали ничего в макромасштабах не придумали.
По удельной прочности (предел прочности/ удельный вес) алюминиевые сплавы у сталей выигрывают.
Удельная прочность для летающих, спортивных и специальных применений нужна.
И титановые сплавы и композиты далеко алюминиевые сплавы по удельной прочности опережают.
P.S. Для справки. Самый прочный алюминиевый сплав В96Ц-1 предел прочности 730 МПа.
Даже в обычных конструкционных сталях предел прочности порядка 1100-1200 МПа, а высокопрочные далеко за 1500 МПа.

В поисках нового шоссейного байка вы будете удивлены разнообразием выбора. Существует множество факторов, по которым вам стоит отфильтровать свой выбор, от цены и комплектующих элементов, стиля езды до личной преданности определенному брэнду и даже цвету.

Иногда выбор велосипеда основан на выборе материала, из которого изготовлена рама велосипеда. Шоссейные байки делают в основном из четырех материалов: сталь, алюминий, титан и карбоновое волокно, - а материал, как известно, может влиять на качество и стиль езды, так что неплохо было бы знать основные принципы и разницу прежде, чем вы сделаете выбор.

Для некоторых выбор материала так же важен, как и перечень экипировки и цена, т.к. разные материалы предназначены для разных типов езды. Рама - сердце вашего нового шоссейного велосипеда, и основной бюджет уходит именно на неё, и большую роль играет здесь именно материал, поэтому выбор должен быть тщательно продуман.

Ниже расскажем об основных преимуществах каждого материала, что поможет вам сделать правильный выбор.

Алюминий

Алюминий - самый популярный материал, используемый изначально для шоссейных велосипедов по доступной цене. Он идеально подходит для изготовления велосипедных рам, т.к. обеспечивает ей жесткость и легкость. Долгое время алюминиевые рамы несправедливо клеймили как небезопасные и некомфортные для поездок, но жесткость зависит от дизайна - последние алюминиевые рамы развеивают мифы о своей ненадежности и предлагают мягкие поездки.

Хотя алюминий у большинства больших брэндов может считаться свойственным только велосипедам начального уровня, существует множество первосортных опций, так что не сбрасывайте его со счетов только потому, что он используется для шоссейных велосипедов начального уровня. Просто взгляните на супер легкий Kinesis Aethein (фото ниже) или новый Specialized Allez, как образец использования высококлассного алюминия.

Честно сказать, алюминий сейчас на пике своей популярности. Некоторые производители продвигают его с целью получить самые легкие рамы, и разумные покупатели осознают, что за те же деньги получают приличное качество. Примером является иконический Cannondale CAAD12 (и предыдущая версия CAAD10), а также много других. В соотношении цены и качества тяжело придумать лучший вариант, чем алюминий.

Покупайте алюминий, если вы ограничены бюджетом и хотите получить легкую и жесткую раму для гонок или лучшую подборку характеристик за свои деньги.

Сталь

В прошедшие годы сталь была единственным материалом, поэтому выбор велосипеда был относительно прост. В наши дни у нынешнего поколения сталь все еще имеет место быть, она славится своей плавностью во время езды, именно поэтому велотуристы все еще склоняются к ней, но последние стальные рамы возродили интерес к высокопроизводительным стальным шоссейникам и даже к гоночным велосипедам, как доказали Volare 953 команды Madison-Genesis пару лет назад. Сегодня сталь используется небольшим количеством производителей, но в действительности с ней просто работать, и сталь стала выбором развивающейся индустрии изготовления на заказ. Если вы хотите раму по своим размерам, сталь - хороший вариант.

Последние стальные рамы, намного легче и жестче, чем были ранее, и стали достойной альтернативой карбону и алюминию.

Покупайте сталь, если вы хотите раму на заказ или хотите улучшить качество гладкой езды, невзирая на лишний вес.

Титан

Титан - высоко востребованный материал, благодаря высокой прочности и амортизации. Он также легче стали, крепче алюминия и имеет анти-коррозийные свойства, а тот факт, что поверхность можно полировать, значит, что он долговечен, компенсируя высокую стоимость свойствами материала, хотя он и не настолько дорогой, как лет двадцать назад.

Титан может использоваться в самых лучших скоростных велосипедах, а также на великах, созданных для комфортных поездок на длинные дистанции с багажом или без него, как например, Sabbath September (на фото).

Большинство титановых рам делают из труб 3AL-2.5V (где к титану примешивается 3% алюминия и 2,5% ванадия), а титановый сплав 6Al-4V более высокого класса, можно увидеть на более дорогостоящих велосипедах.

Покупайте титан, если хотите получить долговечный и легковесный велосипед и обеспечить себе мягкие поездки.

Карбоновое волокно

Для многих велосипедистов не существует других вариантов, кроме карбонового волокна. В мире гонок это - преимущественно используемый материал, он самый легкий и жесткий из всех четырех материалов для рам, но он также может быть и самым дорогостоящим. В последние годы цены на рамы сильно упали, и теперь вы можете купить карбоновый велик за доступную цену.

Карбон - самый гибкий из материалов, а аэродинамика шоссейных великов дает возможность стать универсальным, как у этого Trek Madone.

Тем не менее, рамы из карбонового волокна не делаются по каким то общепринятым стандартам. Существенная разница между дешевым и дорогим карбоновым волокном, вплоть до типов используемых волокон, в том, как они изготавливаются, а также в других важных воздействующих факторах. Карбоновое волокно легко используется дизайнерами для создания рам с определенными характеристиками, будь то легкий вес, комфорт, жесткость.

Покупайте карбон, если хотите получить самый легкий и жесткий шоссейный велосипед, который только можно купить за деньги, или же если хотите быть быстры как ветер.