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選擇自己想要的車架材料是購買自行車時要做的關鍵決定之一。

多年來自行車車架由各種不同的材料打造而成。最初以鋼為主，盡管鋼和鈦仍然很常見，現在主要的選擇是鋁和碳纖維。

每種車架材料都有其優(yōu)點和缺點，優(yōu)先考慮的具體事項取決于作為車手的你，這包括重量、預算、壽命以及希望車架以及自行車整車帶來的騎行性能。

我們接下來將在這里概述購買自行車前要考慮的鋁、鋼、鈦和碳纖維等材質的一些關鍵特性。

我們采訪兩位專家得出了答案：分別是英國鈦鋼自行車Enigma的專家Richard Lambert以及目前在空中客車公司工作的機械工程師Liam Glen，他曾是一名職業(yè)自行車手，也是2021年蘇格蘭Highland Trail 550賽事的獲勝者。

鋁制車架知識盤點

鋁是預算在中端車架的首選金屬材質，具有難以媲美的輕質、剛性和性價比。

鋁還是合金？

▲盡管用于自行車車架的所有金屬從技術上來講都是合金，但鋁制車架通常被稱為“合金”

經常會看到被稱為“合金”的鋁制車架。這是因為純鋁太軟，無法打造出用于自行車車架的形態(tài)，因此它與其它元素混合以改變其物理特性。

事實上，出于同樣的原因，所有金屬自行車車架均由合金制成。鋼本身是鐵的合金，而鈦主要是與鋁和釩的合金。

6061和7005（兩種最常用的鋁合金）等數字是鋁與每種合金的添加劑混合形成（主要是硅和鎂）的代碼。每個“配方”的特性都會略有不同。

鋁制自行車車架是如何制造的？

“所有金屬的強度重量比都非常相似，管道的寬度和厚度等因素比強度更重要，”Glen如是說。

改變鋁管相對容易，這樣可以使其可以因長度不同具有不同的性能。并且鋁管通常是對接的，以確保需要的剛性并減掉多余的重量。

什么是管材對接？

▲對接有助于在不受力的地方減輕重量，并在受力的地方提高強度和剛性

無論自行車車架內壁材質是什么，通常都是對接的。這意味著它的兩端較厚，那里受力會更大，并且需要更多的材料來連接其它的管材，而中間抽薄以減輕沒必要的重量。

直規(guī)的管徑厚度一致，具有一致的匹配特性。單對接管材的一端（例如五通連接處）較厚，雙對接管材的兩端較厚，三對接管材還能夠進一步減少管徑中間的厚度。

對接只是其中的一部分，經常會看到被描述為“液壓成型”的優(yōu)質合金車架，這是描述了通過使用高壓流體形成適合模具的管材來改變管材形狀的過程。

高端的鋁制自行車比以往任何的自行車都更加先進，這一過程可以幫助形成復雜的形狀，從而改變車架特定部分的特性，包括重量、強度和舒適性。許多最新款的鋁制車架還具有空氣動力學的設計特點。

鋁管通常焊接在一起制成車架。原始的焊縫在外觀可能會明顯的凹凸不平，但在焊接后通常會被平滑處理（用專業(yè)術語來說是打磨拋光），以便讓優(yōu)質車架呈現出更干凈靚麗的外表，還會有助于減輕重量。

鋁制車架焊接后，通常會進行熱處理，以使合金恢復到其最硬朗的強度。

“（焊接時）對局部區(qū)域施加大量的熱量，這會改變局部金屬的特性，這樣操作會使得焊縫成為最薄弱的區(qū)域。焊接后回火有助于改善這個情況，”Glen如是說。

▲Vitus 979是一款標志性的自行車

一些早期的合金車架是粘合的，將切割成一定長度的管材粘合到凸耳中。意大利品牌Alan和法國品牌Vitus是最早采用這種工藝的。

鋁制自行車車架有哪些特性

▲鋁非常適合崎嶇不平的山地車運動

鋁是大多數較便宜的自行車車架所用的材料，但無論是公路車還是山地車，它仍然是一些價格較高、注重性能的車架的主流之選。

雖然鋁合金車架的具體性能因自行車而異，但通常鋁合金車架相對較輕、剛性較足、結實耐用，且價格僅為碳纖維的1/5左右。

在接近的價格里，合金車架可以比碳纖維車架做到更輕，盡管昂貴的碳纖維車架總會更輕。鋁的密度比鋼低得多了。

▲乍一看，現在的合金車架很可能會被誤認為是碳纖維車架

因此，鋁制車架可以用超大管材制成，以帶來優(yōu)質的剛性、更厚的管徑、更輕的重量。

Ribble表示，鋁合金車架的管壁厚度通常是鋼制車架的兩倍，管徑還會增大20-30%。

由于材料的相對剛性和舒適性的欠缺，鋁制車架歷來以不夠舒適而聞名，但最新的車架制造工藝以及公路車上更寬的外胎趨勢意味著許多合金自行車有了更多的選項。

雖然鋁制車架在強度、剛性和輕量化方面給人留下深刻的印象，但與鋼和鈦不同的是，鋁合金使用久了容易出現金屬疲勞。

然而，鋁制車架往往比碳車架在受到意外碰撞時損壞程度較小。因此，鋁仍然是所有山地車上主流的車架材料，也是預算有限的小型公路賽車手的明智之選。

鋁制自行車車架的優(yōu)點

·剛性足且相對較輕

·負載能力較為出色

·比碳纖維車架更耐用

鋁制自行車車架的缺點

·騎行的舒適性體驗不佳

·使用久了難免會產生金屬疲勞

·遭到意外碰撞損壞后修復困難

鋼制車架知識盤點

正如古老的格言所說，“鋼是真實的”，并且是用于自行車車架的傳統(tǒng)材料。

事實上，大約有著100年的歷史，鋼材一直是車架制造的主要材料。即使在職業(yè)級別賽事中也是如此，直到20世紀90年代中期，鋁合金車架開始占據主導地位——只在職業(yè)公路車隊中短暫地存在過一段時間——而第一個碳纖維車架開始被試用。

鋼架自行車仍在廣泛使用，并且是屬于定制制造商選擇的主要材料，但它現在更多地是自行車收藏家的選擇。

凸耳式還是焊接式？

▲Colnago是凸耳式車架的大師

鋼架的制造方法主要有兩種，即使用凸耳或不使用凸耳。

凸耳車架將管材在接口處插入鑄鋼凸耳中，然后釬焊在一起。不帶凸耳的車架具有焊接在一起或角焊的管材接口。

凸耳結構在過去很常見，經典的鋼車架通常具有非常精致的凸耳結構件，但焊接往往能讓車架變得更輕，并且比釬焊所需要做的清理工作更少，因為釬焊通常會導致接口處殘留多余的材料。

▲對于任何類型的自行車來說，鋼架都是一個不錯的選擇

另一方面，釬焊所需用到的溫度比焊接更低，因此鋼的性能改變可能會較小，從而形成更堅固的接頭。

與鋁合金車架中的管材一樣，鋼架通常也會以對接的工藝以減輕重量。新款鋼架的管材形狀比老款的圓形截面更加的多樣化。

鋼材種類繁多

▲Reynolds自1898年以來一直生產鋼管車架

大多數注重性能的鋼架自行車都是由鉻鉬鋼打造而成，在廉價的低端車架上還可以看到高強度鋼。

不同成分的鋼架具有不同的性能。雷諾531是一種用于自行車車架的經典合金，531指的是合金中錳、碳和鉬的比例。

不過，現在包括Dedacciai和Columbus在內的車架供應商已經可以提供更多的選擇。

Lambert指出，鋼架有多種不同的管材成分和管型，這是與其它車架管材不同的地方。這也意味著可以打造出一個非常結實的旅行車車架或較為輕量化的車架，具體取決于你的需求。

不銹鋼也是一種選擇，Glen認為它們比鉻鉬鋼強度要低，不過專門用于打造自行車車架的專業(yè)不銹鋼已經開發(fā)出來，其強度與鉻鉬鋼相比幾乎一致甚至會更強。

鋼架有哪些特點？

▲雖然鋁架和碳架現在更受歡迎，但鋼架愛好者仍然熱愛原始的車架材質

鋼的主要缺點是重量和成本。它比鋁更重、量產成本更高，這確保了鋁仍然是當今大多數金屬自行車車架的首選。

然而，雖然鋼比鋁密度更大（也更重），但它也更結實、更耐用。這意味著車架制造商可以使用更小管徑、更薄管材以保持所需的車架剛性水平，但偏重的事實依然存在。

與鋁和碳纖維不同的是，如果意外受損，它也可以（相對）容易地修復好。

同樣，鋼也有疲勞極限——它可以無限次承受低于疲勞極限的應力而不會帶來故障，而鋁會隨著時間的推移而產生金屬疲勞。

▲鋼架仍然是旅行自行車和長途自行車的主流之選

鋼自帶的天然屬性也可以帶來“彈性”（即：舒適）的騎行體驗，即使它與鋁的剛度重量比例并不匹配。

基于這些原因，鋼是精品和定制自行車以及旅行自行車、長途自行車的主流之選，因為重量不大重要。更關鍵的是它的耐用性和使用壽命，使得鋼比鈦更具價值。

也就是說，除非由不銹鋼打造而成，否則鋼架需要上漆以防由外部引起的腐蝕，并且也可以在管材內部上漆以防生銹。

鋼制自行車車架的優(yōu)點

·結實、耐用、耐疲勞

·維修成本低

·騎行舒適度高

·比鈦合金便宜

鋼制自行車車架的缺點

·比較重

·比鋁貴

·管材形狀不如鋁管多樣化

·如果維護不當會導致腐蝕

鈦制車架知識盤點

鈦金屬通常被視為一種高端選擇，其中一部分原因是它帶來的騎行質感和成本，以及鈦自行車經常被吹捧為“終身自行車”。

大多數金屬在可能失效之前都會有一定數量的負載循環(huán)。鈦對于反復受力等方面具有更強的彈性，這意味著成熟的車架制造商可以打造出更輕、更合規(guī)的車架，還避免了發(fā)生故障的風險。

鈦合金

▲鈦作為車架材料具有永恒的吸引力

與鋁架和鋼架一樣，鈦架也是采用合金的方式打造，車架制造商也會提供不同的等級讓你選擇。

AL3 2.5V合金（含3%鋁和2.5%釩）是鈦車架最常用的等級。6AL 4V管材明顯更結實，因此更難被打造。偶爾也會用于高性能車架或者對剛性有著硬性需求的局部區(qū)域，譬如在頭管和五通處。

例如，Enigma在其高性能自行車中使用硬度更高、等級更高的6AL 4V合金（也稱為五級鈦），而不是在其更符合標準的Etape車架組中使用3AL 2.5V合金（或九級鈦）。

鈦合金還具有高度抗疲勞性，這意味著它們可以減震且不會形變。例如，Moots利用鈦合金的柔性在其Mountaineer和Routt YBB車架組的后上叉位置打造出避震系統(tǒng)以實現減震。

鈦自行車車架有哪些特性？

▲最新款的鈦合金車架可帶來結實、競速的騎行體驗

對于自行車車架來說，鈦比其他金屬具有明顯的優(yōu)勢。它的密度比鋼低，因此車架組可以更輕，同時仍然具有更厚的管壁。鈦管的重量是相同抗拉強度鋼管的一半。

這使得鈦架難有凹痕，且由于鈦不會被腐蝕，車架不需要噴漆，因此劃痕和磕碰并不是個問題。盡管鈦車架沒有理由不做噴漆，但鈦架那經典的原始表面看起來就很棒。

另一方面，根據Enigma的Lambert的說法，鈦比鋼更難加工。他說：“你必須非常小心地控制焊接過程的清潔度，特別是在Enigma會使用到氬氣保護以防止被氧化�！�

▲這樣的細節(jié)怎會有理由不喜歡

過去，可用的鈦管組很少，而且它們并不是專門為自行車設計的，這讓鈦合金車架給人留下了飄忽不定的印象。現在這已不成問題，因為自行車專用管材有了更多的選擇，且錐管和更寬的中軸標準等設計特點也意味著鈦合金車架可以設計得與使用標準一樣結實。

也就是說，鈦合金仍然享有在優(yōu)秀車架制造商手中打造出舒適騎行體驗的聲譽。

另一方面，鈦是最昂貴的金屬選項，通常比碳纖維車架的價格還要高。

鈦自行車架的優(yōu)點

·堅固、耐用、不會疲勞

·比鋼架輕

·騎行品質

·無需噴漆

鈦自行車車架的缺點

·加工難度高

·輕量化不如碳纖維或高端鋁

·價格相當昂貴

碳纖維車架知識盤點

自從Lance Armstrong用Trek 5500 OCLV贏得了1999年環(huán)法冠軍，碳纖維就一直是高性能自行車車架的首選材料。

這是有充分依據的。碳纖維是一種具有極強適應性的神奇材料，可以根據精確的要求進行微調和成型、平衡剛性、保證騎行舒適性和帶來空氣動力學性能。

不過，碳纖維車架也有其缺點。碳纖維自行車車架價格高昂——在市場上的高端價格高達五位數——并且遭受碰撞會比其它材料打造的車架更容易受損。

▲碳纖維真正脫穎而出是在2000年初期

碳纖維自行車車架是如何制造的？

碳纖維自行車車架由嵌入環(huán)氧樹脂基質中的碳纖維層（碳纖維編織層）組成。碳纖維賦予其強度，樹脂將其粘合在一起。

Glen表示“碳纖維每層的強度和重量的比值最高，但這只是一個方向。因為它是以多個角度堆疊在自行車車架上，這意味著它的強度和重量的比值略有下降，不過仍然是高于其它材料的�！�

大多數車架是通過多層碳纖維/樹脂材料（稱為“預浸料”）制成的，車架當中的不同位置會考慮到不同的等級和方向。例如，Look表示其795 Blade車架就使用了800多種不同的預浸料打造而成。

▲在生產過程中使用烘箱來固化碳纖維車架

Glen還表示：“樹脂可以賦予車架耐沖擊性和抗壓強度。生產預浸料的公司相對較少，而且許多車架是由第三方制造的，因此大多數車架將采用相同的樹脂打造。這是自行車制造商專注的疊層技術，也讓他們的車架品質不盡相同�！�

掌握疊層的要點讓碳纖維車架在設計時增加了另一層面上的復雜性，自行車品牌也不知道用戶最終將會如何使用他們的車架。這導致碳纖維車架在一定程度上要做到過度設計，以確保它們能夠承受與往常不同的負載能力。

模具成型打造還是管材拼接打造？

▲Colnago是少數在碳纖維車架上使用凸耳結構的品牌之一

一旦車架中的不同疊層被手工纏繞完成，車架就會被放置在重金屬模具中并在壓力下加熱以將不同疊層粘合到一起。

在模具成型的車架中，每種尺寸的自行車都需要使用到不同的模具，這使得新車架設計出來后的量產成本過高。

一些定制車架的替代方案是用管材對接打造，其中預成型碳纖維管材被切割成一定的長度，然后在接口處包裹上額外的碳纖維，或者粘到碳纖維凸耳上面。Colnago C64是采用后者打造碳纖維車架的經典示例，而Condor的碳纖維車架組則采用管材拼接打造。

極少數自行車制造商會使用機器將自己的碳纖維編織成管狀。BMC和Time的部分車架已經使用了這樣的生產流程。

碳纖維車架有哪些特性？

▲碳纖維車架可以通過模具制成復雜的空氣動力學造型

碳纖維與所有金屬的一個關鍵區(qū)別在于，碳纖維的復合性質使其具有多向性，這意味著其物理性能在不同方向上是有區(qū)別的。

材料多向性的常見例子好比是一塊木頭。你可以很容易地縱向劈開它，但要橫著劈開它就要難得多了。

碳纖維也是如此，這意味著不同部位的布局對于車架的騎行方式和強度至關重要。這就是為什么你會在碳纖維自行車的材料中能夠反復看到“疊層”這個詞被提及。

還有另外一個重要因素是所用碳纖維的模量。較高模量的纖維會更硬，但也更脆。因此即使以“高模量”銷售的車架也是由不同等級的碳纖維混制而成的。更高模量的碳纖維也更昂貴，但最終得到的將是在相同強度下帶來更輕的車架。

▲碳纖維是一種神奇的車架材料，但它也會有其缺點

有時你還會發(fā)現碳纖維車架中也采用了其它的材料。有一個例子就是Bianchi的Countervail技術，該技術在其許多車架中得到應用。將一層具有彈性的粘合材料集成到碳纖維疊層中，Bianch表示這有助于抑制路面顛簸。

鑒于自行車品牌傾向于盛贊自家無人能及的高端碳纖維車架，碳纖維的優(yōu)點當然是眾所周知了。

能夠仔細調整車架每個部位的特性，意味著碳纖維車架的設計可以滿足自行車的特定要求以及其設計的騎行種類。

碳纖維可用于制造極其輕量且極其硬朗的車架，可以選擇將碳纖維包裹成復雜的空氣動力學管狀的同時，仍能顧及到騎行品質和舒適性。

并不都是好消息

不過，這也會讓你付出代價的。而且碳纖維并不是能夠替代廉價的車架的最佳選擇，更便宜的鋁制車架可以以最少的錢獲得類似或更好的騎行體驗。

與金屬車架相比，碳纖維的另一個缺點是它無法鉆孔或攻絲以提供螺紋讓組件安裝。這意味著通常必須將軸承推入車架中，或者需要添加金屬墊片來安裝螺紋軸承。

尤其是壓入式中軸，以吱吱作響而出名。而金屬墊片會增加自行車的重量，如果做得不好，還可能會帶來校準難題。

▲碳纖維車架受到碰撞后會很容易損壞

碳纖維也很容易會被壓碎，因此在尾勾等部位非常容易受損。這就是為什么碳纖維自行車通常搭配用于安裝筒軸的金屬筒軸桿，或是在這些部位內嵌了金屬保護塊。

撞擊和巨響還會對車架管材內部造成損壞，這種損壞從外部可能看不出來，很有可能會導致車架意外斷裂。如果碳纖維車架遭受過撞擊或者嚴重碰撞，應該在再次騎行之前對其進行檢查，可能需要使用到超聲波或X射線來檢查車架內部的損壞情況。

如果碳纖維車架確實損壞了，回收的選擇非常有限，而金屬車架則很容易被回收利用。特別是鈦的價值意味著它不太可能會最終被送進垃圾填埋場。

碳纖維自行車車架的優(yōu)點

·優(yōu)異的剛度重量比

·可塑性非常強

·可模制成空氣動力學管狀

碳纖維自行車車架的缺點

·價格非常昂貴

·容易遭受磨損和遭到碰撞后容易損壞

還有其它哪些自行車車架材料可供選擇？

▲竹質車架的自行車？你敢信！

雖然鋁、鋼、鈦和碳纖維是迄今為止自行車車架最常用的材料，但也有一些較為罕見的選擇。

偶爾還會看到被描述為鈧的車架。然而，這種元素太罕見了，無法用于整個自行車車架。鈧車架實際上是一種含有少量鈧和其他金屬的鋁合金，因為鈧含量可以提高合金管的強度。

一些自行車和自行車零件是由鎂合金制成的，并且它一直存在著卷土重來的威脅。鎂合金比鋁更輕，也更結實，但硬度較低。它在20世紀90年代初達到了鼎盛時期，當時的Kirk Precision自行車車架參加了環(huán)法比賽。Pinarello Dogma直到2006年才采用鎂合金打造，Vaast還生產了一系列鎂合金車架，包括Vaast A/1礫石自行車。

天然材料在自行車車架中占有一席之地，有些品牌還銷售用竹子打造車架的自行車。車手們表示，它很舒適，也可以很好地抑制路面顛簸。但它導致整車重量相比會比其它材料打造的要重一些，盡管竹子管材有著良好的生態(tài)資源，但它們可能需要用到凸耳和樹脂來穩(wěn)固，而這樣就對環(huán)境不太友好了。

亞麻纖維也被用作自行車車架材料的一部分，通常與碳纖維結合使用。因為據稱它比單獨的碳纖維抑制路面顛簸要更好。它被用于LOOK 765耐力公路車系列，并且在2000年中期被用于為傳奇車手Johan Museeuw打造的一系列自行車中。

責任編輯：Leorao