关于铝合金车架的原料知识

[自行车之家单车百科] 6061和7005车架，指的都是车架上常见的铝合金，事实上，我们还经常能听到6061 T6这样的命名，为了不至于在文末混淆概念，我们有必要先了解一下铝合金的标示方式。

所谓的“铝合金”，是指使用铝合其他金属加热熔化而成，并且铝在合金中还要占有最高的比例。一般铝合金成分的标示方式是采用4个阿拉伯数字来表示，它清楚说明了铝合金内所含的各种金属元素。

其中第一位数字则是说明了铝合金中，除了铝元素以外，加入的最主要的金属元素；第二个数字表示了合金加工的方式；而最后二个数字，则是提供给在同一系列的族群中作为区别使用（各种不同铝合金代号与其代表的加入合金中的金属元素），具体表示方式为：

图注：进口的6061铝合金原材料

1系铝：1XXX…… 铝（Aluminum）铝元素在合金中最少占99%

2系铝：2XXX…… 铜（Copper）

3系铝：3XXX…… 锰（Manganese）

4系铝：4XXX…… 矽（Silicon）

5系铝：5XXX…… 镁（Magnesium）

6系铝：6XXX…… 镁和矽

7系铝：7XXX…… 锌（Zinc）

8系铝：8XXX…… 其他金属元素

所以我们现在知道，常见的6061和7005铝合金，其实是分属6系和7系两种不同的材质，由于采用了合金的方式，所以金属本身的强度特性大不一样。与此同时，除了合金之外，我们还可以通过“热处理”的方式来提高金属整体强度。

一般我们常听到的“淬火”，就是“热处理”的一种。它是让金属在经由高温加热后，再进行急速冷却的方式来增加其强度。而一般用来说明金属在经由“热处理”后的特性，就是所谓的“韧度（Temper）”，行业也一般用字母“T”搭配数字，来表示经过热处理的方式。之前曾经提到过的6061 T6铝合金，指的就是6061铝合金经过T6级热处理之后得到的产物。

图注：对钢轴的淬火过程

下面我们就来看看以6061、7075铝合金，以及其经过热处理之后的强度特性：

*此表系数仅供参考，不同厂家提供的铝合金特性不会一致

由此表可以看出：无论是6061还是7075的铝合金，在经过T6级的热处理之后，其屈服力、剪切力和张力特性都有不同程度的增强。其中，尤其是6061 T6铝合金的特性表现，在屈服力方面已经大幅超越7075（不过距离7075 T6还是有很大距离），此时，问题就来了：

问题：为什么车架多用6系铝合金（例如6061），而不见用到7系铝合金？

答：虽然7系铝合金在各个方面的性能都要比6系铝合金优越，但决定7系铝合金较少应用到自行车车架的原因是7系铝合金很难焊接，尤其焊口的强度是很大的问题。可以说，在需要焊接的结构合金用途领域，7075是不合格的，但如果采用CNC切割技术，7075铝合金便可以做成质量非常优良的把立、刹车夹器、牙盘、脚踏、刹车把手等不需要焊接的零部件。

另外一方面，虽然6061铝合金的特性和7系铝合金之间存在比较大的差距，但是它的加工性能、焊接特点及抗腐蚀性好。换句话说，6061的铝合金车架完全可以通过加大管材外径、采用不等壁和不同造型设计来提高车架强度并削减重量。譬如捷安特的XTC TEAM、ANTHEM X、TRANCE X等系列中高档车架就曾经长期使用6系的铝材，并且产品质量非常可靠。但假设这几款车用了7系的铝材之后，虽然材质强度提升了，但7系铝合金焊接困难的特性很有可能导致车架的品质不稳定。所以说，车架好坏不是完全由车架材质来决定的。

这里需要补充两点的是：

? 目前就我所掌握的车架产品来说，即使在说明上只标注了6061铝合金的型号标识，但车架其实已经接受过热处理了。这一方面为了增强车架强度，另外一方面更为了消除前期焊接造成的内部应力。只是有的厂家出于自己的习惯，没有把“T”标注上而已。

? 另外，目前随着焊接技术的发展，相对较容易焊接的7005铝合金已经成为了很多公路车车架的基础材料。就7005合金和7075合金比较，7005合金中铝元素所占的比重更大一些，所以焊接的难度没有7075那么大。不过应用在自行车领域里，7005铝合金更多见于对重量要求很高的车型，比如高端铝合金公路自行车，以及竞技用的山地车等。其他车，还是以应用6系铝合金居多。

图注：GIANT TRANCE X的车架

说到这里，我们不得不提一下铝合金里的一个“异类”——钪合金

钪元素虽然广泛分散于其他矿物，如铝土矿、钛铁矿、锆锰矿等其中，但由于分离、提纯过程十分复杂，导致钪的产量很低且化合物价格不菲——金属钪的价格约为黄金的4-5倍。在铝合金的材料基础上加入一点点的钪金属（作为添加剂的成分），就会得到在强度、硬度、焊接性能、耐腐蚀性能大幅提升的钪合金。

图注：2012款Kona HeiHei 29车型的车架，就采用了钪合金

根据网络上查到的资料：用钪合金做成的车架，可以在安全强度下，把重量做到接近碳纤维车架的重量，同时车架管壁甚至可以通过多次延展做到0.6mm的铝族合金极限壁厚。但由于金属钪的成本实在有点高，所以钪合金车架并不多见。

不过，在航空界里，钪合金却是大有用武之地。在俄罗斯，现在已经有10多个牌号的含钪铝合金用于航天、航空、舰船甚至高速列车的关键构件上。与钪合金相伴的，是另外一种铝合金——铝锂合金。

锂，是世界上最轻的金属元素。把锂作为合金元素加到金属铝中，就形成了铝锂合金。加入锂之后，可以降低合金的比重，增加刚度，同时仍然保持较高的强度、较好的抗腐蚀性和抗疲劳性以及适宜的延展性。也正因为如此，铝锂合金一直都是航空业的焦点话题，甚至多个国家还曾经专门针对这种合金举行过数次国际会议，而他们之所以如此兴师动众的原因不外乎：铝锂合金的制造工艺太严苛。

图注：用铝锂合金打造的C919大型客机机身等直段

所以，在世界范围内铝锂合金的制造技术都属于国防机密，概不输出。在我国，目前尚且只有西南铝业(集团)公司具有小规模生产铝锂合金的能力，但还远未达到规模化工业生产的规模（所以也别指望铝锂合金可以用于自行车工业啦！）。

相比于成本居高的钪合金和一票难求的铝锂合金，2系和7系铝合金在飞机上其实更为常见些。到这里或许会有人问，在铝合金的家族里，是不是一般打头数字越高的铝合金性能越好？

非也——在1-7系的铝合金家族里，论强度，7系和2系铝合金都是佼佼者。但由于7系铝合金的焊接性能不佳，所以在飞机上多用于铆接机身和机翼蒙皮（如果你在登机时仔细看一下飞机的外表皮，你会发现排列整齐的铆钉痕迹）；而由于2系铝的耐腐蚀性比较差（但其他性能优异），所以在飞机上，它会用于一些不易被腐蚀同时对金属强度要求非常高的构件上。

图注：飞机生产车间里的机身蒙皮部件，能看到上面还未处理的铆钉

所以，也正是因为耐腐蚀性差，所以2系铝和不能焊接的7系铝一样，也无缘我们的自行车乐趣了。

纵观整个铝合金家族，排除2、7、8系那些具有条件不够和高攀不上的铝合金，剩下的强度最高且性能、成本均合适的铝合金，也真的只有6系产品了。

看五分钟，买自行车不再被坑，自行车资讯，自行车 价，自行车论坛，自媒体，淘推荐，二手自行车买卖尽在自行车之家，下载手机APP。