Алюминий 6061 что это
Велосипедные алюминиевые сплавы 6061 и 7005
Материалы для велосипедных рам
4 материала
Большинство велосипедных рам делают из
Бывают еще рамы из
Углепластик часто называют «карбоном», не утруждая себя переводом с английского: «carbon fiber». Два последних варианта – намного дороже двух первых.
Сталь
Стальные рамы – это в основном рамы из хромомолибденовой стали 4130 (по-американски, ближайший отечественный аналог – легированная конструкционная сталь 30ХМА по ГОСТ 4543). Хорошо сделанная рама из хромоникелевой стали обладает необходимой прочностью, долговечностью и относительно мало весит.
Некоторые стальные рамы, в основном детских велосипедов, изготавливают из более дешевой углеродистой стали – они такие же прочные и долговечные, но потяжелее хромомолибденовых, потому что толще.
Алюминий
Большинство велорам из алюминиевых сплавов имеют примерно такую же прочность и массу, как и близкие им по цене рамы из хромомолибденовой стали. Их повышенная жесткость хороша для езды по горам или в спринте, но не для преодоления ям и кочек. В отличие от стальных алюминиевые рамы не ржавеют. С другой стороны, рамы из алюминиевых сплавов более подвержены усталостным разрушениям и менее ремонтопригодны, чем стальные. Однако хорошо сделанная алюминиевая рама прослужит верой и правдой много лет.
Рама – главная часть велосипеда и база для крепления всех остальных его частей. Рамы современных велосипедов делают обычно из труб, которые соединяют в виде так называемого «двойного треугольника». Эту форму называют также «diamond» – кому-то она напоминает ромб и даже, может быть, алмаз. Форма рамы за более чем сто лет почти не изменилась, хотя с развитием современных технологий и материалов и появилось много новшеств. В последние пару десятилетий особенно активно искали новые материалы для рам, в том числе среди алюминиевых сплавов.
Факторы качества
Качество велосипедной рамы как конструкции определяют четыре основных фактора:
Жесткость велосипедной рамы
Жесткость определяет способность конструкции упруго деформироваться: чем больше жесткость, тем меньше упругие перемещения элементов конструкции относительно друг друга. Упругие рамы смягчают удары об ямы и кочки, тогда как более жесткая рама будет передавать ездоку удары от каждой ямы и кочки. С другой стороны, более гибкая рама больше прогибается под нагрузкой, поглощая часть энергии, которая предназначена для движения вперед. Поэтому велосипедисты, которые хотят побеждать в спринте и гонках на время предпочитают жесткие рамы.
Прочность материала велосипедной рамы
Усталостная прочность велосипедной рамы
При нормальной езде каждый поворот педали, яма или кочка вызывают в раме небольшие циклические напряжения. Хотя эти напряжения и намного ниже предела текучести материала, за несколько сотен тысяч циклов нагружения они могут вызывать так называемые усталостные трещины и, в конечном счете, усталостное разрушение. Сопротивление материала этому типу разрушения называют усталостной прочностью. Если вы рассчитываете ездить на своем велосипеде несколько десятилетий, ваш вес выше среднего и вы редко слезаете с седла, то для вас усталостная прочность – важный фактор.
Вес велосипедной рамы
Вес, а точнее масса рамы, зависит от плотности материала и, конечно, конструкции рамы, в частности, толщины ее труб. Типичная рама весит от 1,5 до 3,0 кг, что составляет около четверти всего веса велосипеда. Впрочем, полный вес велосипеда часто в десять раз меньше, чем сам велосипедист в полном «боевом» облачении. Так что большинство велосипедистов и не заметят небольшой разницы в весе рам, если, конечно, им не придется долго карабкаться по горам на велосипеде или под ним.
Алюминиевые сплавы для велосипедных рам
6061 или 7005?
Алюминиевые велосипедные рамы изготавливают главным образом из алюминиевых сплавов:
Некоторые другие алюминиевые сплавы, например, 7075 и 2014, более прочные, чем оба сплава 6061 и 7005, но они не мало подходят для изготовления велосипедных рам, так как их почти невозможно сваривать, по крайней мере, обычной аргонно-дуговой сваркой.
Часто считают, что алюминиевый сплав 6061 больше подходит для велосипедных рам, чем сплав 7005, хотя сплав 7005 и несколько более прочный. Прочность при растяжении сплава 7005-Т6 составляет 350 МП, а сплава 6061 – 310 МПа, предел текучести 290 и 275 МПа, соответственно.
Когда речь идет о прочности рамы в целом, то большие различия в прочности возникают из-за качества сварных швов, выбора формы труб и их толщины, а также общей конструкции рамы. На самом деле, при тех нагрузках, которым обычно подвергается велосипедная рама, различий между алюминиевыми сплавами 6061 и 7005 практически нет, поскольку напряжения, которые возникают в раме, достаточно далеки от этих предельных величин.
Алюминиевый сплав 6061
Алюминиевый сплав 6061 – полный аналог отечественного сплава АД33 по ГОСТ 4784-97 – принадлежит к серии алюминиевых сплавов 6ххх (Al-Mg-Si). Основными легирующими элементами являются:
Сплав 6061 обладает довольно высокой прочностью, легко сваривается и широко применяется не только для изготовления велосипедных рам, но и в строительстве, самолетостроении, судостроении.
Как и все сплавы серии 6ххх сплав 6061 является термически упрочняемым сплавом. Термическая обработка, которая применяется для уже сваренных рам, заключается в нагреве до 530 °С, интенсивном охлаждении водой и искусственном старении при температуре около 180 °С в течение 8 часов. Алюминиевый сплав 6061 после такой обработки обозначают 6061-Т6.
Алюминиевый сплав 7005
Алюминиевый сплав 7005 принадлежит к серии алюминиевых сплавов 7ххх без легирования медью (Al-Zn-Mg). Основные легирующие элементы:
Алюминиевый Сплав 7005, также как сплав 6061, является термически упрочняемым. Однако, в отличие от сплава 6061, который требует довольно быстрой и интенсивной закалки водой при его термической обработке, для сплава 7005 в этом случае достаточно охлаждения воздухом.
Некоторые главные производители велосипедов с алюминиевыми рамами декларируют применение специальных алюминиевых сплавов или специальной обработки алюминиевых сплавов для улучшения свойств рам. Похоже, часто это скорее маркетинговые ходы, чем «прорывы» в металловедении алюминия.
Брендовые алюминиевые сплавы
AluxX and AluxXSL
Например, известная фирма Giant применяют свой, брендовый алюминиевый сплав «AluxX». При этом обычный «AluxX» – это просто алюминиевый сплав 6061, но с особой конструкций «баттинга», технологии гидроформинга и термической обработки.
Баттинг (от английского – butting) – утолщение труб критических сечениях, чаще на концах труб.Гидроформинг – формовка труб путем помещения их в специальные матрицы и закачки им внутрь воды или специального масла под высоким давлением.
Более продвинутый сплав «AluxXSL» отличается от сплава 6061 чуть большим содержанием меди.
Alpha White, Black and Red
Фирма Trek применяет бренды:
Алюминиевые сплавы: 7005 и 6061 – какой лучше?
Алюминий – очень распространённый материал для производства велосипедных рам. Главные его преимущества – это лёгкость, прочность и невысокая цена. Но в чистом виде алюминий весьма непрочен (вспомните, как легко гнулись ложки и вилки в школьных столовых), поэтому для изготовления велосипедных рам и прочих деталей применяются различные алюминиевые сплавы.
В таблице представлены физические свойства обоих сплавов:
Предел текучести 240. 276 Мпа
Предел прочности 260. 325 Мпа
Модуль упругости 69 гПа
Плотность 2,72 г/см3
Предел текучести 290 Мпа
Предел прочности 345-400 Мпа
Модуль упругости 72 гПа
Плотность 2,75 г/см3
Предел прочности на разрыв – величина нагрузки, при превышении которой происходит разрушение. Предел текучести – величина нагрузки, при превышении которой наступает не восстанавливаемая деформация (попробуйте попрыгать на старой раме, пока она не погнётся, и это будет означать, что вы превысили предел текучести её материала). Модуль упругости – способность материала сопротивляться деформации.
Казалось бы, сплав 7005 прочнее, чем 6061. Но не всё так просто.
Формально 7005 сплав прочнее, но он заметно хуже, чем 6061, поддаётся обработке. Все современные рамы имеют сложную конструкцию: трубы могут иметь баттинг, коническую или овальную форму сечения или даже весьма сложный произвольный профиль, выполненный с помощью гидроформинга. Все эти ухищрения способствует упрочнению рамы в наиболее нагруженных зонах и уменьшению ее веса в целом. С этой точки зрения 6061 сплав дает производителям гораздо больше свободы. К тому же 6061 легче сваривается, чем 7005. Кроме того, итоговая прочность достигается за счет термообработки уже готовой рамы: сплав 6061 при закалке и искусственном старении добирает по характеристикам существенно больше, чем 7005.
Однозначно выделить лидера из этих двух алюминиевых сплавов не представляется возможным. Вдобавок многие производители велосипедов не уточняют, из какого именно алюминиевого сплава сделана их рама, акцентируя внимание лишь на применяемых технологиях. Так что мы советуем обращать больше внимания на качество сварки и применяемые технологии, чем на сам сплав. Более того, к 2019 году Al 7005 почти полностью вышел из употребления, так как практически весь верхний сегмент теперь занят карбоновыми рамами.
Разрушение стереотипов. Сравнение рам из алюминия 6061 и 7005
Модели велосипедов с алюминиевыми рамами являются одними из самых продаваемых, и по статистике именно на них приходится наибольшая доля продаж на рынке.
Это объяснимо, ведь рамы из стали низкого качества уходят в прошлое (хотя с высококачественной сталью дело обстоит совершенно иначе), карбон зачастую достаточно дорог, а раму из титана не так уж просто найти. Ниже подробно описаны различия между двумя самыми распространенными сплавами алюминия, которые используются в велопромышленности: 6061 и 7005, а также различные технологии повышения их рабочих характеристик.
Есть две основные причины популярности сплавов алюминия 6061 и 7005 в велопромышленности: доступность и физические свойства. Еще два сплава, которые также могут использоваться, 6066 и 6069, распространены намного меньше, по крайней мере, сейчас. Даже скандиевые рамы по существу делались из алюминия, сплавленного с небольшим количеством скандия, но, несмотря на это, стоили слишком дорого. Существуют и другие сплавы алюминия, такие как 7075 и 2014, которые отличаются высокой прочностью, но практически не поддаются сварке.
Сплав 6061 включает в себя алюминий, магний и кремний, и считается предпочтительнее, чем 7005, состоящий из алюминия и цинка, хотя последний более стоек к сжатию и ударам, и способен выдерживать нагрузку в 51.000 psi. Для сравнения, сплав 6061 выдерживает давление до 45.000 psi. Но эти данные получены в лабораторных условиях на примере труб из разных сплавов алюминия. В готовых рамах на устойчивость к нагрузкам влияют такие дополнительные факторы как качество сварки, форма трубы и толщина стенок.
Практика показывает, что разница между сплавами 6061 и 7005 действительно существует, но ее можно не принимать во внимание. Маловероятно, что обычный пользователь подвергнет свой велосипед таким нагрузкам, при которых предел прочности сплава будет играть важную роль.
Но тогда почему предпочтение отдается сплаву 6061, а не 7005? Потому что 6061 проще в обработке, а, следовательно, изготовление рам из него дешевле. По сути, сплав 6061 позволяет производить рамы меньшего веса и более сложной конструкции. Кроме того, немаловажным фактором является произошедшее в последние годы удешевление технологий и оборудования для работы со сплавом 6061.
Кроме того, необходимо объяснить еще два термина, которые часто встречаются в описании рам из алюминия: баттинг и коническая форма трубы.
Что значит одинарный, двойной и тройной баттинг?
Коническая форма трубы используется в рулевом стакане (часть рамы, куда устанавливается рулевая колонка). В двух словах, диаметр верхней части трубы меньше, чем диаметр нижней части. Таким образом производители добиваются большей прочности этой части рамы, высокой жесткости и лучшей устойчивости велосипеда.
Алюминиевые сплавы для велосипедных рам. Современные алюминиевые сплавы.
Современное велостроение активно использует алюминиевые сплавы для изготовления велосипедных рам. Известно несколько особенно широко применяемых алюминиевых сплава. Так какой же именно алюминиевый сплав лучше подходит для изготовления рамы велосипеда и раму из какого сплава лучше выбрать?
Всё довольно просто. Разница кроется в технологии получения готового изделия. Но давайте рассмотрим всё по порядку.
Сперва нужно разобраться, какие именно сплавы алюминия используются для изготовление велосипедных рам сегодня?
Таких сплавов несколько и вы наверняка сталкивались с их своеобразной маркировкой, которая нанесена прямо на раму. Чаще всего встречаются такие обозначения, как Al6061 и Al7005. Довольно редко можно встретить обозначение Al7075. Иногда эти аббревиатуры записываются немного иначе. Выглядит это следующим образом – 6061T6, 7005T6 и соответственно 7075T6.
Что же означает эта маркировка? Маркировка определяет химический состав сплава, а в случае указания дополнительной буковки Т6 указывает и на тип термической обработки. Указанный тип записи используется для обозначения именно алюминиевых сплавов. Все эти сплавы относятся к дуралюминам. Дюрали — это сплавы, основными компонентами которых являются медь и, собственно, алюминий. Помимо этих компонентов добавляются и прочие легирующие добавки. Эти сплавы характеризуются хорошей способностью к деформированию и механической обработки.
Я не буду забивать вам голову излишним количеством таблиц с непонятными для простого читателя показателями, а просто кратко опишу достоинства и недостатки каждого из сплавов.
Итак, как мы увидели, чаще всего приходится иметь дело с такими сплавами, как 6061, 7005, 7075. Все эти сплавы – дуралюмины. Все они используются в обработанном состоянии, т.е. подвергались термической обработке. Это может быть и не указано в маркировке, а может и указываться дополнительно в виде той самой магической буковки Т6. Именно это указывает, что сплавы подвергались закалке с последующим искусственным старением. Но, ещё раз повторю, что даже без указания этой информации в марке надо знать – в исходном состоянии такие сплавы не употребляются.
Все указанные сплавы имеют русские аналоги. Вероятно, для пользователя будет проще воспринимать наш отечественный стандарт. Поэтому, запомните, что сплав 7005 это эквивалент сплава 1019, сплав 6061 – это практический полный аналог АД33. Ну и высокопрочный алюминиевый сплав 7075 в нашей стране называется сплавом В95.
Все эти сплавы имеют примерно одинаковый диапазон механических свойств. Отличается лишь алюминий 7075 – этот сплав значительно прочнее и менее пластичен. Но используется он редко и такая рама вряд ли вам встретится.
Для человека, который не знает, какую раму или велосипед с какой рамой лучше выбрать, нужно запомнить самое важное. По большому счёту, абсолютно всё равно, из какого именно сплава будет изготовлена ваша рама. Все алюминиевые рамы обладают примерно одинаковыми свойствами и за годы эксплуатации выяснено, что особой разницы нет. Но есть незначительные различия. А какие различия есть между Al 7005 и Al6061?
Всё тоже довольно прозрачно. Сплав 6061 обладает наилучшими показателями с точки зрения обработки и механических свойств. Этот сплав хорошо сваривается и высокотехнологичный. Соответственно, производитель выбирает именно этот материал. Поскольку свариваемость этого сплава великолепная и обрабатывается он отлично, то и пользователь может рассчитывать на более высокое качество рамы. Тогда как сплав 7005 хоть и обладает близкими механическими свойствами, но сваривается значительно хуже своего аналога 6061. Соответственно, при прочих равных условиях, для изготовления рамы из 7005 алюминия требуется более качественное оборудование и отработанный технологический процесс, которым обладает далеко не каждая фирма. Как следствие, мы имеем море информации в сети, что рамы из 7005 алюминия часто и сильно трескаются, а также имеют предел использования 5 лет. Да, такая тенденция известна. Но причина её не в разительных отличиях этих двух материалов, а в отсутствии необходимой методики обработки алюминия 7005. Это приводит к появлению зон перегрева при сварки и прочих неприятных последствиях, что объясняет появление трещин в зоне термического влияния сварного шва.
Из всего вышесказанного следует сделать вывод, что лучше выбрать раму из алюминия 6061 или АД33. Рама из алюминия 7005 не обязательно плохая, но есть незначительный (читаем правильно – незначительный) риск натолкнуться на не совсем качественный образец. Если у вас остались какие-то вопросы, откройте марочник сплавов и проверьте уровень механических свойств для этих двух сплавов.
Особняком тут стоит сплав 7075. Встречается он совсем редко. Но встречается. Чем он интересен? Он хорош тем, что сплав В95 и алюминий 7075 обладает более высоким диапазоном всех механических свойств. Однако сплав менее технологичен. И свариваемость этого сплава ещё меньшая, чем у сплава 7005. Если алюминий 7005 недобросовестный изготовитель порой ухитрится кое-как слепить, то сплав 7075 банально не получится сварить стандартными способами. Именно поэтому, редкий производитель берется за это дело, а если берется, то вынужден доводить его до конца и делать приличную раму по всем канонам. Тем не менее, я бы советовал воздержаться от выбора такой рамы. Рамы из 6061 ходят очень неплохо и имеют приличный ресурс. Тут в целом и нет особой необходимости выискивать 7075. А вот переплата будет ощутимая.
Таким образом, приходим к выводу, что лучшим сплавом для велосипедной рамы, из используемых сегодня, так и является алюминий 6061.
Помимо этих широко известных материалов есть и так называемые скандиевые рамы. Что это такое? Конечно же, никакой это не скандий. Это сплав алюминия и скандия. Рамы эти действительно лучшего качества и материал этот более перспективен. Но цена нещадная, а количество подделок огромное.