Anwendungen von Aluminium

Fahrradaluminiumlegierungen: 6061 und 7005

Fahrradrahmenmaterialien

Die meisten Fahrradrahmen bestehen aus

  • werden
  • Aluminiumlegierungen.

Seltener und teurer werden Fahrradrahmen aus hergestellt

  • Kohlefaser
  • Titanlegierungen.

Stahl

  • Bei Stahlrahmen handelt es sich überwiegend um Chrom-Molybdän-Stahlrahmen dieser Art 4130. Gut verarbeiteter Chrom-Nickel-Stahlrahmen sorgt für die nötige Festigkeit, Haltbarkeit und wiegt relativ wenig.
  • Reynolds 525 und 725 Verwenden Sie die gleiche Grundlegierung (sehr ähnlich)., wenn nicht dasselbe wie 4130), sondern 725 hat durch die Wärmebehandlung verbesserte Eigenschaften.
  • Einige Stahlrahmen, meist Kinderfahrräder, aus billigerem Kohlenstoffstahl - sie sind genauso stark und langlebig, aber schwerer als Chromoly, weil dicker.

Kornwachstum und Morphologie

  • Die meisten Velos aus Aluminiumlegierung haben ungefähr die gleiche Stärke und das gleiche Gewicht., sowie ähnliche Rahmen aus Chrom-Molybdän-Stahl.
  • Ihre erhöhte Steifigkeit ist gut für Bergfahrten oder Sprints., aber nicht zum Überwinden von Pits und Unebenheiten.
  • Im Gegensatz zu Stahlrahmen rosten Aluminiumrahmen nicht. Andererseits, Rahmen aus Aluminiumlegierung sind anfälliger für Ermüdung und weniger wartbar, als Stahl.
  • Ein gut verarbeiteter Aluminiumrahmen hält jedoch viele Jahre..

Der Rahmen ist der Hauptteil des Fahrrads und die Basis für alle anderen Teile des Fahrrads.. Die Rahmen moderner Fahrräder bestehen meist aus Rohren., die in Form des sogenannten "Doppeldreiecks" verbunden sind. Diese Form wird auch "Diamant" genannt – für manche ähnelt es einer Raute und sogar, kann sein, Diamant. Die Form des Rahmens hat sich seit mehr als hundert Jahren kaum verändert, obwohl mit der Entwicklung moderner Technologien und Materialien viele Innovationen erschienen sind. In den letzten Jahrzehnten wurde besonders intensiv nach neuen Materialien für Rahmen gesucht, auch unter Aluminiumlegierungen.

Qualitätsfaktoren

Die Qualität eines Fahrradrahmens als Struktur wird von vier Hauptfaktoren bestimmt:

  • Steifigkeit,
  • Stärke,
  • Dauerfestigkeit
  • Gewicht.

Steifigkeit des Fahrradrahmens

Steifigkeit bestimmt die Fähigkeit einer Struktur, sich elastisch zu verformen: je größer die Steifigkeit, die weniger elastischen Verschiebungen der Strukturelemente gegeneinander. Elastische Rahmen dämpfen Gruben und Unebenheiten, während ein steiferer Rahmen Stöße von jedem Loch und jeder Unebenheit auf den Fahrer überträgt. Andererseits, flexiblerer Rahmen federt stärker unter Last ein, einen Teil der Energie aufnehmen, die darauf ausgelegt ist, voranzukommen. Deshalb Radfahrer, wer Sprints und Zeitfahrrennen gewinnen will, bevorzugt starre Rahmen.

Materialstärke des Fahrradrahmens

Festigkeitseigenschaften Rahmenmaterial - Zugfestigkeit und Streckgrenze - beeinflussen unter normalen Bedingungen die Fahrqualität oder das Fahrgefühl nicht direkt, sind aber ein wesentlicher Faktor für die Widerstandsfähigkeit des Rahmens gegen starke, „Notfall“-Streik. Der stabile Rahmen hält einem solchen Schlag stand, und weniger haltbar - schwach – kann nicht stehen.

Ermüdungsfestigkeit eines Fahrradrahmens

Bei normaler Fahrt jede Pedalumdrehung, ein Loch oder eine Erhebung verursacht kleine zyklische Spannungen im Rahmen. Obwohl diese Spannungen viel niedriger sind als die Streckgrenze des Materials, bei mehreren hunderttausend Lastwechseln können sie sogenannte Ermüdungsrisse verursachen und, schließlich, Ermüdungsbruch. Die Beständigkeit eines Materials gegen diese Art der Zerstörung wird als . bezeichnet Dauerfestigkeit. Wenn du erwartest, jahrzehntelang Fahrrad zu fahren, Ihr Gewicht ist überdurchschnittlich und Sie steigen selten vom Sattel, dann für dich Dauerfestigkeit – Wichtiger Faktor.

Gewicht des Fahrradrahmens

Gewicht, oder besser gesagt die Masse des Rahmens, hängt von der Dichte des Materials ab und, sicher, Rahmendesigns, insbesondere, die Dicke seiner Rohre. Ein typischer Rahmen wiegt von 1,5 zu 3,0 Kg, das ist etwa ein Viertel des Gesamtgewichts des Fahrrads. jedoch, das Gesamtgewicht des Fahrrads ist oft zehnmal geringer, als der Radfahrer selbst in voller "Kampf"-Kleidung. So werden die meisten Radfahrer keinen geringfügigen Unterschied in den Rahmengewichten bemerken., wenn ein, sicher, sie müssen nicht lange mit dem Rad oder darunter Berge erklimmen.

Fahrradrahmen Aluminiumlegierungen

6061 oder 7005

Aluminium-Fahrradrahmen werden hauptsächlich aus Aluminiumlegierungen hergestellt:

Einige andere Aluminiumlegierungen, z.B, 7075 und 2014, haltbarer, als beide Legierungen 6061 und 7005, aber für die Herstellung von Fahrradrahmen sind sie wenig geeignet, da sie kaum zu schweißen sind, mindestens, konventionelles Argon-Lichtbogenschweißen.

Oft geglaubt, Was ist eine Aluminiumlegierung? 6061 besser geeignet für Fahrradrahmen, als Legierung 7005, obwohl Legierung 7005 und etwas haltbarer. Die Zugfestigkeit der Legierung 7005-T6 beträgt 350 MP, und Legierung 6061-T6 - 310 MPa, Streckgrenze 290 und 275 MPa, beziehungsweise.

Wenn es um die Gesamtrahmenfestigkeit geht, dann ergeben sich große Festigkeitsunterschiede aus der Qualität der Schweißnähte, Auswahl der Rohrform und deren Dicke, sowie das gesamte Rahmendesign. Tatsächlich, bei diesen Belastungen, denen ein Fahrradrahmen normalerweise ausgesetzt ist, Unterschiede zwischen Aluminiumlegierungen 6061 und 7005 Fast nie, seit den stressen, die im rahmen entstehen, sind weit genug von diesen Grenzwerten entfernt.

Aluminiumlegierung 6061

Chemische Zusammensetzung

Aluminiumlegierung 6061 gehört zur 6xxx-Reihe von Aluminiumlegierungen (Al-Mg-Si). Die wichtigsten Legierungselemente sind:

  • Magnesium (0,8-1,2 %) und
  • Silizium (0,40-0,6 %),
  • sowie Kupfer (0,15-0,40 %) und
  • Eisen (bis zu 0,7 %).

Wärmebehandlung nach dem Schweißen

Legierung 6061 hat eine ziemlich hohe Festigkeit, leicht zu schweißen und nicht nur für die Herstellung von Fahrradrahmen weit verbreitet, aber auch im Bau, Flugzeugbau, Schiffbau.

Wie alle Legierungen der 6xxx-Reihenlegierung 6061 ist eine warmhärtende Legierung. Wärmebehandlung, die für bereits geschweißte Rahmen verwendet wird, beinhaltet:

  • aufheizen 530 ° C
  • intensive Wasserkühlung
  • künstliche Alterung bei ca 180 °C für 8 Std.

Aluminiumlegierung 6061 nach einer solchen Verarbeitung 6061-T6 benennen.

Abbildung – Chemische Zusammensetzung von 6061 Aluminiumlegierung nach EN 575-3.
Ein Fragment der Tabelle 6 aus der EN 753-3 Standard

Mechanische Eigenschaften

Abbildung – Mechanische Eigenschaften für 6061 extrudierte Legierungsrohre in T6-Vergütung.
Ein Fragment der Tabelle 41 aus der EN 755-2 Standard

Aluminiumlegierung 7005

Chemische Zusammensetzung

Aluminiumlegierung 7005 gehört zu einer Reihe von 7xxx Aluminiumlegierungen ohne Kupferlegierung (Al-Zn-Mg). Hauptlegierungselemente:

  • Zink (ca 4,5 %) und
  • Magnesium (ca 1,4 %).

Aluminiumlegierung 7005, auch als Legierung 6061, ist thermisch gehärtet. aber, im Gegensatz zu Legierung 6061:

  • zum Härten von Legierungen 7005 ausreichend Luftkühlung.

 


Abbildung – Chemische Zusammensetzung von 7005 Aluminiumlegierung nach EN 575-3.
Ein Fragment der Tabelle 7 aus der EN 753-3 Standard

Abbildung – Mechanische Eigenschaften für 7005 extrudierte Rohre aus Legierung.
Ein Fragment der Tabelle 54 aus der EN 755-2 Standard

Wärmebehandlung nach dem Schweißen

Legierung 7005 haben die Fähigkeit, in der Alterung zu verhärten Wärmeeinflusszone bis zu etwa 80 % des Grundmetalls durch natürliche Alterung und kann wiederhergestellt werden 100 % Festigkeit, wenn nach dem Schweißen künstlich gealtert wird

Marken-Aluminiumlegierungen

Aluxx, Aluxx SL und Aluxx SLR

Die bekannte Fahrradfirma Giant wendet ihre an, Marken-Aluminiumlegierung „Aluxx“. Gleichzeitig das übliche „Aluxx“ – es ist nur eine aluminiumlegierung 6061, aber mit speziellem "Butting"-Design, Hydroforming- und Wärmebehandlungstechnologien.

  • Stoßen – Verdickung von Rohren in kritischen Abschnitten, oft an den Enden von Rohren.
  • Hydroforming – Umformen von Rohren durch Einlegen in spezielle Matrizen und Einpumpen von Wasser oder Spezialöl unter hohem Druck.

Die fortschrittlicheren Marken Aluxx SL und Aluxx SLR verwenden eine Aluminiumlegierung 6011, was sich von der Legierung unterscheidet 6061 etwas höherer Kupfergehalt.

Abbildung – Chemische Zusammensetzung von 6011 Aluminiumlegierung nach EN 575-3.
Ein Fragment der Tabelle 6 aus der EN 753-3 Standard

Alphaweiß, Schwarz und Rot

Trek verwendet Marken:

  • Alpha White Aluminium und Alpha Black Aluminium – das ist eine gewöhnliche legierung 6061,
  • Alpha Red Aluminium – wärmebehandelte Aluminiumlegierung 7075.

Abbildung – Chemische Zusammensetzung von 7075 Aluminiumlegierung nach EN 575-3.
Ein Fragment der Tabelle 7 aus der EN 753-3 Standard

Abbildung – Mechanische Eigenschaften für 7005 extrudierte Rohre aus Legierung.
Ein Fragment der Tabelle 61 aus der EN 755-2 Standard

Quellen:

https://off.road.cc/content/feature/the-ultimate-guide-to-frame-materials-whats-best-for-bikes-664

https://www.bikeradar.com/advice/buyers-guides/bike-frame-materials/

https://www.giant-bicycles.com/global/aluxx-slr

https://www.bikeexchange.com.au/blog/bike-frame-materials-explained