车架也很重要-我们不应该只盯着套件 - 路客网

钛合金自行车车架的组装是一个非常困难的过程，因为钛合金本身就是一种极端难于处理的材料。钛合金的加工、成型和焊接都非常复杂，加工的过程中不允许出现任何失误。另外，加工钛合金需要特殊的模具、夹具，昂贵的工具和坚固精确的设备，最重要的是使用这些工具的人员还必须具备相应的知识，才能用钛合金制造出世界上最好的自行车。简单的说，就是因为钛合金加工的复杂性才是世界上能够制造钛合金产品的厂家少之又少。而LITESPEED却已经有了近40年的钛合金加工经验。

具有讽刺意义的是，钛合金这种难于加工的特性，却恰恰是它能用于制造高性能自行车的原因之一。钛金属具有良好的冷加工特性，冷加工就是在室温下使金属产生永久形变而成形的过程。冷加工过程实际上会提高材料的硬度和抗疲劳性。这种加工方法为车架制造带来的好处就在不增加重量的前提下，提高车架的强度！

自己动手丰衣足食 为了有效地控制钛合金加工的复杂度，他们相信这样一个公理“要想做的好，就必须自己动手”。LITESPEED不仅自己制造车架，象后钩、五通、导线槽等小部件都是他们自己用CNC技术加工的。他们自己负责每一根管材的弯曲、成形。每一种工具、模具和夹具也是有他们自己制造。他们甚至设计制造了大部分制造钛合金特殊管材的设备。通过自己一手操办一切过程，他们可以精确的控制产品的质量，这也保证了他们具有较快的创新能力，比如：如果他们改变一种管材的形状，他们有能力在几天内制造出相应的工具和设备，而不象外购产品那样要等数周，甚至几个月。

他们的投入和热情，是他们每天都在创造更轻、更快、性能更优的自行车的动力来源。

几种材料相对特性对比

相对强度：轻度/密度

相对硬度：硬度/密度

材料

相对强度

相对硬度

铝

X-105

252

X-100

208

7005

145

6061

120

钢

853

179

725

151

631

109

525/531

103

镁

MZM

140

钛

3Al-2.5V

201

文章详细介绍了用于自行车制造的各种材料的特性、优点和缺点，并进行了比较！

笔者最后的结论是制造自行车的最好的材料是......，呵呵，不用说了，当然是钛！

不过，我个人虽然非常喜欢钛这种材料，但是我发此帖的目的并不完全是鼓吹钛如何如何的好，而是，希望通过此帖，更多的车友能更深刻地了解自己爱车材料的特性，从而更好的使用和保养您的爱车！

（1）应力的定义=σ=负荷/断面积 (即：单位面积上所能承受的重量)

虽然负荷大，但是可以增加厚度来降低断面积上的应力。从这里也可知为什么铬钼钢、铝、钛管的厚度不同。

（2）受应力之后，用于车架的材料会变形。其变形可分为弹性变形和塑性变形。

（3）弹性率：弹性率所指的是像弹簧一样变形的材料的低抗程度。弹性率高的材料硬，承受负荷后变形也少；弹性率低的材料较软，承受负荷后变形较多。作为自行车的材料，有些部位需要变形多些，有些部位需要变形少些。

铬钼钢 (低合金钢)

200-207

铝合金

69-79

钛

116

钛合金

80-130

碳纤

70-200

镁合金

41-45

从上表可知铬钼钢的弹性率最高，镁合金的弹性率最低。弹性率将决定材料刚性的强弱，对自行车来说该数据是很重要的。

屈服强度：是弹性变形的极限也叫屈服点。增加应力到一定程度时成为塑性变形，也就是变弯了。

拉伸强度：指的是增加应力到一定程度时不单是成为塑性变形，还被拉断。

用在自行车上的材料

拉伸强度

SCM415 (铬钼钢)

834以上

6061(6000系铝合金)

无热处理的场合

100以上

有热处理的场合(T6)

246以上

7005(7000系铝合金)

有热处理的场合(T6)

345以上

7075 (特超硬铝，飞机合金)

无热处理的场合

230以上

有热处理的场合(T6)

597以上

CPTi (纯钛) 有热处理的场合(T6) 用的较多的纯钛为如下：PTT800 800、Grade4 588～753、UTT75 753

597以上

3-2.5Ti（3%Al－2.5V Ti合金）

685以上

6-4Ti（6%Al－４V Ti合金）

有热处理的场合(时效)

1160

无热处理的场合

980

密度是单位体积的重量。密度是决定车架的重量时重要因素之一。设计轻的车架时不可勿视的数据。但是密度小不等于车架轻。

用在自行车上的材料

密度（g/cm³）

铬钼钢(低合金钢)

7.9

铝合金

2.6-2.9

钛

4.5

钛合金

4.3-5.1

碳纤 (CFRP)

1.5-1.6

镁合金

1.7

从上表可知铬钼钢密度最高，镁合金最低。密度低的话，可以制作轻车架，假若这样认为的话只讲对了一半。还要考虑拉伸强度、弹性率等因素。虽然密度低，但是强度不够的话也不行，密度低1/3不等于重量也轻1/3。

重排：所指的是在金属结晶中会产生的移动现象(原子间存在间隙，使结晶移来移去)。发生重排现象时金属会变形。强化材料也就是想办法制造出不要发生重排现象的结构。在此介绍4种强化材料的方法。固溶体强化、析出强化、通过硬化加工来增强、结晶体的微细化来增强。

在铁等母体材料中熔入铬、钼等，使母体材料变成不同半径的结晶构造。此时的原子称为固溶体。在此举个例来说明这种现象。比母体的原子半径小的原子进来时发生的现象。

「在电梯里已有9位大汉子已相当拥齐，此时进来了小孩，为了防止小孩被挤坏，汉子们开始靠向四周」。

「在电梯里已有9位大汉子已相当拥齐，其中有一个人下了电梯，但是又进来了肥胖的大娘，此时汉子们又开始靠向四周」。如上述现象在结晶体四周发生了应力，使得重排现象变小了。利用这个方法的是铬钼钢。

当前，自行车材料中的铝合金制品普遍受到欢迎。增强铝的方法将在铝项目中记述，在此只讲强化的原理。固溶在金属中的添加物，会产生饱和状态(不完全溶解)，添加的量超过饱和状态时，因未能完全溶解而析出。

具体地说，提高温度时饱和量也增加，完全溶解的瞬间开始慢慢冷却时，能析出大的结晶。用食盐来做实验会看到这个现象，食盐的场合，急速冷却时析出细小的盐结晶，但是金属一般不会析出，若冷却速度快时，不会析出而强迫使它固溶。

对处于此状态下的金属，逐渐提高它的温度时慢慢析出。在此需要注意的是过于析出不可，析出不够也不行，温度过高、过低也不可以，该温度叫作热处理温度(也称作人工时效处理)。最理想的是析出的结晶细而均一，从而阻止重排，材料不容易变形。举个例子：「走在森林里，若大树较多时容易走路(大的析出物)，密密麻麻小树多的话不容易走(细小的析出物)」，和这个道理一样细小的析出物较难重排。

对材料进行加工就产生重排现象，也就产生材料的变形。各种材料的重排现象是极为复杂，不在此记述，简单地说：重排后不是整齐地排队，而复杂地啮在一起的话，材料的变形就困难了。如马路上走路时，走路的人不断增加(重排的增殖)，就难于前进(重排移动变得困难，从而不容易变形)。利用此方法的有管道拉拔和喷丸硬化(SHOT PEENING)。

结晶在高温下完全溶解后，急冷时得到微细的组织。这个过程叫作淬火。结晶变微细后，重排移动的连续性就难于保持，结果材料得到了增强。(比方：人能活动的范围变小了)。

二、铬钼钢（Fe-Cr-Mo）在自行车的100年历史当中，铁素材是刚性与重量方面都均衡的理想素材。铁制车架的最大特征是可在各种成份，各种粗细厚薄的铁管中，任意选择所需要的铁管进行加快。因此可以选择最适合于的尺寸、刚性、骑感的车架，这对于数毫米的差异也敏感的老车手来说是很有好处的。它的最大的缺点是比起其它的素材重(过去)。但是最近的铁素材车架经过热处理，把薄的管道做成粗的管来使用，其重量不会输给轻的合金。
1.铬钼钢是铬、钼的合金。它的性能如下：
1.1 淬火性好。
1.2 对回火处理的抵抗性大。
1.3 回火脆性倾向少。
1.4 高温加工性好，加工后美观。
1.5 熔接性好。
2.铬钼钢车架的优点
2.1 加工性好铬钼钢的车架是历史最久的车架，因此对它的研究时间也最长。现在能做到车架所需强度的极薄的管道。
2.2 冲击的吸收性能好骑感极好，如（像弹簧般的骑感）。构成车架的铬钼钢管道有优异的吸收冲击的性能。
2.3 焊接容易铬钼钢比起钛、铝焊接容易。可以设计成名种形状。另外，焊接后也不需要热处理，因此不需要大型的热处理设备，成本低。
2.4 价格便宜虽然有些高挡次的铬钼钢车架价格贵，但一般价格便宜。也可以说，用便宜的价格买到高挡次的车架。
3.铬钼钢车架的缺点
3.1 容易生锈车架用的铬钼钢含有铬，但是添加量少(不锈钢含有12%的铬)的铁系合金。若没有施有表面处理的话，有伤口时容易生锈。但是一般都有进行防锈加工。自行车的场合，管道的肉压薄，生锈后的影响将会非常大。生锈→肉压减少→强度下降(应力集中)。
3.2 金属的疲劳显著(应力集中引起的金属疲劳) 若使用肉薄的铬钼钢车架时需要注意！当然金属疲劳这个现象任何金属都会产生包括铝等在内。金属疲劳现象简单地说：金属虽然具有防止塑性变形的小小的力量，但是反复施加应力时，金属可能被破坏(被称为微细的应力集中)。飞机出事时，有时候也是某部分的金属疲劳引起。对自行车来说，由于金属疲劳的原故，可能出现强度不能保持。例如，进行DH时产生的冲击缩短了自行车的寿命。若感觉到踩踏时不那么顺利前进时很有可能是金属已发生疲劳。焊接部位，如从管道侧(母体)到溶融的部位(溶接部)，结晶的特性都会显著变化。为使这些组织均一化，本来应该再次结晶化(详细内容后述)。但是车架加工厂不一定有这种大型炉，另一方面，这种加工使已经冷却过的再次硬化，使得变增强的管道的强度降低。由于存在上述原因，焊接时采用各种方法来加工。如利用低温焊接等方法制造车架。不管是任何优秀的焊接，，焊接部位(1000°C以上)和另管道侧(室温)之间的温度差，冷却时收缩而发生残留应力。该部位受到应力集中时，可能会产生裂缝。结果自行车骑的时间长时可能会引起金属疲劳，微观的硬化加工也使冲击的吸收性也变得差。

很久以前就有用铝合金制作的车架。轻而价格低是它的优点。但是从“轻”来说，当前与铁素材比较相差并不大。老车手对它的反应是“虽轻但易弯曲”。虽然经过多次改进，但是始终克服不了杨氏弹性模量低的缺点。最近的铝合金车架，为了提高杨氏弹性模量，加大管道外径，使用扁平管，或者对铝管进行热处理等，制造出轻而有刚性的车架，这种最新的铝合金车架对车手来说，具有足够的轻量与刚性。

铝合金是纯铝中加入Mg，Zn，Si，Cu等金属的合金。铝本身具有轻量、可塑性好、耐腐蚀等优点，加入其他金属后显著提高了机械性能。自行车所使用的铝合金多数为6000系（Al-Mg-Si）和7000系（Al-Zn-Mg-Cu)两种，经过热处理(铝耐高温，在高温下能改变性质)可以制成名种各样的材料。

6000系被认为是耐腐蚀、强度好、焊接性也好的材料。下表表示使用最多的6061合金的机械强度。

7000系是铝合金中最强的材料。尤其是7075是特超硬铝(制造飞机的材料)，但是它的焊接难度大，耐腐蚀性差(会发白)等。下表表示使用最多的7005和7075合金的机械特性。表中的有关热处理以如下数字来表示：

铝的比重轻但不够硬，为了增强强度把它制成合金并施予热处理。热处理采用时效析出增强法，简单地说，在金属内形成一种妨碍金属变形的物质。在某种高温下进行热处理时，会引起时效析出，若没有经过这个程序的车架，也会引起常温时效。就是说把车架放置在房间内也会逐渐变强。

许多铝合金制车架用6061T6材料来制造。T6标志表示经过热处理、时效。若没有热处理的话强度只能达到1/2，或者1/5的程度。

有7075标志的自行车零件(如XTR曲柄等)，严格来讲没有经过热处理。也就是说因没有时效，因此是常温时效。7075合金本来就必要进行热处理，通过热处理其强度可以增加5倍。

另外，7005合金也常用来制造车架，它的强度比不上7075，但是它在常温下也能够进行足够的时效的材料。这种材料也可用Padded加工制成薄料。但是材料本身的强度及杨氏弹性模量低，因此加粗管道直径来提高刚性。通常被称作铝制粗管道的是这种类型。

铝本身是很容易受腐蚀的金属，在空气中几乎不存在没有被氧化的铝，放置在空气中马上被氧化而形成很薄的氧化膜。为什么不生锈呢？原因是该氧化膜达到一定的程度时防止继续生锈。该氧化膜几乎是无色因此外观上不容易发现变化(有时会发白)。

另一方面，骑这种材料制造的自行车时，骑的次数越多，应力发生的次数也高，强度也显著引起变化。近来为了谋求轻量，许多车架使用薄料来制作(薄的程度已达到极限)。这些都是使用没有疲劳极限的铝合金来制作车架，到底长时间使用后强度变化将是如何呢！Dedacciai公司制作的SC61-10A等是表面施有喷丸硬化加工(KET处理)的管道，这种加工的目的是延长疲劳的寿命。根据公开的数据，能提高140%。，KET处理是：疲劳破坏是在金属表面上所发生的裂缝为起因，因此用硬化加工技术来提高金属表面的硬度。

4.1 铝是弹性率及刚性低的材料。因此采用粗的管道，或者改变形状如cross-over管、padded管等。

美国在60年代首次使用钛合金来制作自行车车架。钛合金给人的印象是“轻而硬”。早期的钛合金车架，作为比赛用车，刚性不足，其车架不适合于长距离赛车，也不是适用于所有的比赛，只适合用在山地，或者Big reces, Time traial等需要轻型车的特定的场合。开始时钛合金使一些人着迷，曾经有些热中于轻量化的骑手，把所有的螺丝都换成钛合金制的才满意。钛金属给一些人错觉，贵而稀有，实际上钛是地球上埋藏量丰富的元素之一。只是由于合金的制作成本高，价格才较贵。

金属钛比重轻、强度大，同时耐腐蚀性高的材料，一般用在特殊的环境里。在金属钛里添加铝、钒(Li.V)时强度显著提高，热处理也和铝合金一样通过时效处理可以提高强度。

纯钛金属的强度更高。在钛金属中添加铝和钒，弹性更高(和铝比较)，也有利于设计。

钛在一般的环境下几乎不会被腐蚀。但是它有另一种腐蚀现象即异种金属腐蚀。例如，不同种类的合金接合在一起时，成为电极状态，电位差使局部通电引起腐蚀。对此现象采取的措施是用脂膏等来绝缘(混有金属粉末的脂膏，如商品名：Ti Plepu等)。这种金属粉末防止脂膏流失，即使流失后也用来防止紧密接触。这种金属粉末有导电性也不要紧，接触后被较小的荷重破坏掉。这种现象称为“粘住”，它和“烘焙”是不同的。

钛也用在避震器的弹簧上。现在用钛制成的车架适合于长时间的骑行。有些车手酷爱钛制车架，认为骑感极佳。但是个人各异，有人和铬钼钢比较后认为，铬钼钢的车架冲击吸收性比钛车架好，骑感也比钛车架好(这和铬钼钢车架的形状以及用薄的管的结果应力得到增大也有关)。假若钛管的加工技术得到进一步改进，也许会有和铬钼钢同样的骑感。

有些钛制车架使人感到摇摆，这也许是使用plane管(没有加padded的，厚薄不能变化的管)有关。或者虽使用高强度的钛合金，但没有用薄的管等也有关系。

钛在自然界以二氧化钛的形态存在，提练及加工过程复杂，技术要求高，并花时间因此成本高。再有溶接加工极为困难，因为钛和氧的亲和力极强，和空气接触后马上变成二氧化钛，而二氧化钛硬而脆，该部分的强度会不断下降。因此用惰性气体小心焊接。通常所说的Tig焊接是：(Tig：钨、惰性气体的略语)用钨电极及氩气体进行弧焊接。钛的焊接必需隔绝空气下进行。由于以上原因钛车架价格很贵。

碳纤维车架的特征是“轻、不弯曲、冲击吸收性好”，但是，充分发挥碳纤维的优异性能，在技术上看起来不是那么容易，各碳纤维材料厂家之间的品质差异也较大。自行车厂家考虑到成本问题，不大可能使用高等级的碳纤维来制作车架。虽然存在上述的现实问题，但是碳纤维车架还是具有其它素材所没有的优点，可以制造8、 9kg左右的轻量自行车，这种碳纤维轻量自行车，登坡时最能体现其优点，登坡顺利而爽快。而不会像一些轻的铝合金车架，登坡时感到有一种向后拉的力量。

碳纤维是把碳纤维用树脂凝固成形的东西。非常轻，但它是具有方向性的材料(拉伸强但容易断)，因此采用把薄料层层重叠的方法来解决缺点。(右图)COLNAGO牌的碳纤维车架，2万多元)

碳纤维车架是把碳纤维对着发生应力的方向层层叠而得到强度。碳纤维车架非常轻，这是它的密度和强的拉伸强度构成的。

碳纤维用来制作残疾者运动时用的假腿，或者特殊的弹簧等被用在各领域。利用它的吸收冲击力优异的性能，制作不用避震器的自行车。如SCOTT厂的ELEVATED车架是著名的。但是各个厂家之间的品质差异较大，有的很硬，因此这种车架乘骑后才能知道好或者不好。

碳纤维的基本成型方法是，在模具上铺上纤维片然后流入树脂并烧固。可以制成各种形状的车架。如TREK的Y车架是著名的。

构成碳纤维车架的是碳纤维，它的特点是拉伸强度强，但剪断强度弱，加工时需要进行复杂的应力拓扑纵刚性、横刚性)，根据计算把碳纤维片重叠成型。加工技术各厂家各异，应选择有经验而可靠厂家的制品是很重要的。

由于作好模具后成型，难于更改尺寸。无法相应多尺寸多款式的订单。

使用树脂因此会不会老化？这是一个存在的课题，它放置在阳光下时会逐渐变白。当然这种现象关系到厂家的技术。最好不要放置在阳光下。

金属为基体的混合物是在铝素材中混入陶瓷粉末或者纤维等物体，使它析出增强，制造出强度大的材料。它的强度比铝合金强许多，是一个新的素材。有的混入氧化铝粉末。M4指的是再多加入两种合金，用这种材料制成的车架冲击吸收性更好。

它和铝合金比较，拉伸强度大，极薄的管也能保持强度，因此车架很轻。这种轻是有刚性的轻。

如SPECIALIZD的M2车架使人感到很结实，管的直径也大，刚性也好。

关于这方面的资料很少，看实物焊珠部分正常，但是GUSSET就年年大型化。补强的目的是什么？尚未清楚。陶瓷粉末在铝母体中均衡地存在，进行焊接时陶瓷粉末能否均衡分散是个非常困难的事，能获得何等程度的机械强度是大家所关心的事，总之，由GUSSET补强已达到相当的水平。

关于这一点很多人有同样的感觉，前部有避震器因此个人的感觉会有差异，但是后部非常明显，冲击力太大，会腰痛的。该材料的车架不适合于长途骑行。但是在时间短的比赛中能发挥威力。

镁的比重很轻(1.74)，约铁的1/5，钛的2/5，铝的2/3。它是不容易腐蚀的活性金属。它广泛用在各种领域里，如照相器及电脑的外框、车辆的车圈等配件。通过合金化耐腐蚀性也得到进一步提高。

它比铝密度低，可以制造轻的车架。杨氏弹性模量稍微低些，但是可以用加粗管直径及椭园化等方法来解决。使用铝合金的目的仅仅是为了减轻重量，将来可能会被镁合金取代？钛和镁的研究课题稍不同，这两种金属今后仍然会活跃下去。

镁制车架加工不会差。切粉的燃烧、爆炸等能够通过合金元素来回避的话，剪断、溶接性可能不会差。和钛比较起来加工性好。

生产镁车架的厂商都说耐腐蚀性好。但是这方面的资料当前还很少，耐腐蚀性好到何种程度难于判断。镁是剧烈氧化的金属，不小心操作错了很容易爆炸，纯镁一般不能使用，添加其他金属(铝、锌、锰等)制成合金来使用，制成的镁合金强度、机械性能都得到提高。有些人曾经使用过镁合金制用具，如摩托车的曲柄套等、他们说：虽然用了很久，但是很好，不会象铝般发白。

3.2镁的杨氏弹性模量(决定刚性的因素)比铝低许多，要增加其刚性管的直径要大，这可能会影响对空气的阻抗？。

3.3成本如何？镁已经用在笔记本电脑的框体上，用它来制作车架成本将是如何？现在尚未知。

制造自行车的部件要经过锻造、铸造、切削、研磨等加工过程，在此简单介绍锻造和铸造。

锻造是把棒状、板状等的铁锭加热，然后用锤子打，或者用油压等加压成形。用这个方法加工的比起铸造在拉伸强度、粘性强等方面好许多，可以制成非常好的制品。强度大而薄，材料的浪费也少。是一个很好的加工方法。如剑是用这种方法加工的。缺点是价格贵，不适合于大量生产，加工复杂形状的困难等。

铸造是把金属溶融后注入模具中冷却成形。它的优点是可以制造复杂形状的物体，适合于大量生产，价格便宜。如压铸加工可以制造强而复杂形状的制品(照相器的机体、铝制车圈等等。但是强度远远比不上锻造。不能进入模具部分的材料浪费(当然这些材料以循环使用)。

腐蚀是金属和环境之间科学地相作用的结果改变了金属的性质，金属与环境，或者构成它们的一部分实用体系机能受到了损伤。简单地说金属表面变质了。对自行车来说金属表面受损伤时会引起生锈，其中铬钼钢车架最为明显。腐蚀自行车的最大原因是下雨，尤其是酸雨的腐蚀性最励害。

涂漆加工粗糙以及没有防锈加工的车架，铬钼钢管表面和涂漆之间开始腐蚀，涂漆部分彭胀起来，或者局部受到腐蚀。若发现自行车受伤，建议把受伤部位擦干净并用锤刀搞平伤口，防锈加工后涂漆。总之伤口是腐蚀的最大原因。

另外，发生应力多的部位也容易生锈，如焊接周围，弯曲部位等。廉价的自行车，焊接后没有热处理(消除应力退火)就出货，这种自行车若发生生锈，局部或整体不断地腐蚀下去。

铝从外观上看起来是相当耐腐蚀的材料。尤其是经过铝表面钝化处理的强度更大。这种处理是除了美化表面外，在铝的表面形成的多孔质地Υ-A1203(氧化铝)，用滚水或蒸气处理，封住其孔(如禧码诺XT.XTR)。氧化铝非常耐腐蚀，不被一般的酸溶解(如盐酸、硝酸等)，只能溶在氟酸等强酸。它也使用在研磨剂里，不可见它的耐腐蚀性极强。

碳纤维含有树脂因此也可以说耐酸。但是对碳纤维来说应多考虑内在因素，它用树脂因此树脂老化的可能性是存在的。碳纤维制自行车不使用时应该避开阳光，日光和环境的温度对它的影响最大。

耐腐蚀性极佳(被使用在和原子能有关的部门)，不怕雨水、不怕受伤、沾上水滴也不用抹干净。用这种材料制作自行车实在浪费？？但是钛也有缺点如前述(异种金属腐蚀)，如铝制配件和钛制配件接合在一起时逐渐被腐蚀掉。

除了钛之外，其他金属之间也会发生异种金属腐蚀，尤其是坐管部位，例如，把铝制坐管和铬钼钢车架接合在一起而不管它时，接触面变成褐色，甚至于无法把它们解脱下来。

制作自行车车架的材料有铬钼钢、铝、钛、碳纤等。其中用最薄的管来制作的是铬钼钢车架。它的加工性好，材料便宜，骑感好，但它必需制成薄壁管，这种薄壁的管会有较高的拉伸强度和加工性。

铬钼钢的强度较容易逐渐减弱，也就是较容易疲劳的现象表现在如下：

1.1同样的冲击力加在各种材料上，铬钼钢薄管所发生的应力最大(容易发生疲劳而引起的破坏)。

1.2对铬钼钢的研究的历史较长，最大限制地利用它的特性制成极薄壁的管，应力虽然发生的各个局部部位，但是对整个管来说会发生较高的应力。

1.3由生锈引起的全面腐蚀将会引起管壁的变化，结果这个现象又提高了应力，引起疲劳破坏。

1.4应力集中在局部而生锈、或者外伤引起的凹处，从该处引起疲劳破坏。

1.5参加比赛时产生的冲击，使车架发生较高的应力，使用的次数越多，疲劳破坏也逐渐增多。

以上主要是针对铬钼钢，但是近来铝合金制的车架发展迅速，有许多用薄壁的铝管制作的车架，它们是否上述的铬钼钢制车架一样，发生疲劳破坏呢？尤其是铝没有耐疲劳限度，很小的应力也必定会产生破坏。其应力越大破坏所需时间越短。现在所出售的极薄壁管的铝制车架，厂家都未明确注明其寿命。

铬钼钢车架的焊接使用银焊料的焊片焊接较多。铬钼钢管是在再结晶温度下焊接，因此管的强度不会降低，也不会变质。但是所使用焊片加重了管的重量。

钛管是使用前述的Tig溶接，焊接时所使用的不活性气体的水蒸气、或者不纯物体在溶接时混入的可能性是存在的，这些事可能将成为引起疲劳破坏的原因。溶接不良使得应力集中在溶接部位，也会引起疲劳破坏。

曾经多次提过决定刚性的重要因素是杨氏弹性模量，但是管的外径也会影响刚性。

车手骑在自行车上面时，复杂的应力加在车架上面。尤其是转向握把，或者站立骑行而使车子摇摆时，假若车子的刚性不足时，骑起来很不舒服的。车架的刚性够不够往往是在这种场合被议论。在此着重讲一讲复杂的应力中，在管道上施于扭等动作时的转矩的情况。在转矩存在的状下，最大剪断应力发生在管的外周，它的公式加下。

从上述计算结果可知，改变外径时重量加大到4倍，强度增加到8倍，效果还是很大的。利用这种方法也有限度的，外径过于大时对于外来的压力会增加面法线的压力成分，如金属表面容易凹进去(象啤酒罐般)。

车友们，希望你的自行车能用多久？除非有经济条件许可者追求新款式自行车之外，一般都希望能使用越久越好。在此主要记述影响车架强度的金属疲劳问题。

在前面已讲过自行车的金属疲劳是不可避免的现象。具体地说：影响最大的是，加在管上的应力、管的材料、疲劳极限。

设计自行车管道时，增加应力的话，不得不增加管壁的厚度。疲劳极限高而薄管壁的加工方法，目前主要采用Padded加工方法，这种方法是：发生集中应力的部位如接合部位，按理应增加该部位的厚度，但是不增加厚度，代替它的方法是，减少应力小的管道的中心部位的管壁的厚度。在此举几个薄壁管道的例子。

中央部位的管壁厚度为0.5mm。Dedacciai公司的最高级铬钼钢管的管壁厚度为0.4mm。

Dedacciai公司的最高级铝管SC61-10A的管壁中央的厚度为0.8mm。最便宜的铝制车架的管道的厚度为1.8～1.3mm，可见Dedacciai公司的最高级铝管的厚度多么薄！这种薄的管使人感到强度行不行呀！

关于钛制车架有Panasonic的0.6mm厚度。另外，在钛制车架方面最著名的美国Litespeed公司，该公司的广告用语是：我们的钛合金的疲劳寿命可达到铝、铁的5倍。

作为自行车运动爱好者来说，能够骑上把管壁加工至极限的薄而轻的车子是可以接受的，但是乘骑的次数越多，强度越下降，年年要换新的车子的话，薄料的车子有什么用呢，当然专业选手就不同了，他们有练习用车及比赛用车。是否能够维持性能特性的车架应成为选择车架的条件？

容易生锈的自行车让人讨厌，虽然小心爱护自行车，但是总是会生锈，爱护车的人看到这种现象很心痛的。因此人们寻找不会生锈的自行车如铝或钛制自行车。

已经介绍了几种自行车材料，总地来说，骑感好的是铬钼钢制的、要轻的是铝制的，冲击吸收性最好的是碳纤。钛合金制的上述各种性能都不是最好的，但是为什么对它感兴趣呢？因为它是有前途的金属。

● 铬钼钢已经使用了很久，对它的研究也最多，除非有什么突破，铬钼钢的前途可想而知的了。使用适正厚度的管道时重量是会增加，但是不容易引起金属疲劳，这种车能带给车手极佳的骑感。有些自行车竞技必需用铬钼钢制的车子，因为它很结实，容易操作。这种车子才是铬钼钢本来的面貌。有些薄壁的铬钼钢车子，金属表面很容易凹进去，那种车子是不行的。单纯地追求薄壁的管道的现在，铬钼钢应该走自己的道路，充分发挥其优势，否则很可能被其他材料淘汰。

●自行车用铝管，当前的设计方针很危险，铝是没有疲劳极限，为了降低应力应该增加厚度。但是为了单纯地谋求薄壁，使用强勒的新合金来制作车架。从外观来看这些制品使人引起很不错的错觉，但是疲劳寿命将是如何呢？铝管的薄壁程度已经到了极限，不可能再薄下去。结果它的命运将和铬钼钢一样。进一步来说，骑车摔倒时，因它塑性变形量少，破断时很可能发生一口气的脆性破坏。今后铝制自行车向那一个方向发展呢？我认为可能会成为比赛专用自行车的素材。若用铝制自行车来练习，一定会感觉到性能的降低显著。

●碳纤维制自行车是有前途的，通过应力计算会找到最适合的加工条件。另外是信心问题，假若厂家应该提供可信赖的割裂、耐用等数据时，需要量会增加。当前尚存在各种问题。

● 钛管还有发展的余地，强度可能会超过铬钼钢，现在已能制造1.5kg的车架，将来一定会出现1kg的车架，钛必定会夺去铝的\"轻量王\"的宝座。另外，钛不需要涂漆，可减少这部分的重量(20～40g)。将来最理想的是钛制自行车？这只是纸上谈兵，和车友们一起探讨。笔者所选择的钛合金是下述的β合金 Ti-15Mo-5Zr-3Al (在TI中添加15%的Mo，5%的Zr，3%Al)。

其他材料如镁、不锈钢等不在此记述。这些材料也许将来会有新的突破也说不定。

在此例出各素材的拉伸强度，从下表可知笔者所选的钛合金是多么优秀。

笔者所挑选的车架的构造 车架的构造正统的钻石型(有前三角的车架)的最适宜。因为这种正统款式下订单时可变性大。其他款式的无法解决各种样求。后叉不采用碳纤的混合体。我最关心的是接合部位，该部位长期使用时其强度如何变下去，因为我要求自行车的寿命要长。下管选择Panasonic的cobura管，中心厚度要求0.45mm，接合部位1.2mm。上管用double badded，向横方向压采取纵oval。坐管采用high seat30mm，seat径26.8mm，因为笔者已有的pillar为27.mm和26.8mm。车头是过大形的车把立。后叉要S形弯曲，由此吸收冲击性。后水平叉增加厚度，采用肉厚的薄管。

金属铁、镁、铝、铅、锌、铜等广泛应用，为人们熟悉。然而近年来，随着科学技术的飞速发展，上述金属已不能满足现代科学技术的需要。钛却闪烁着时代的光辉，成为金属中的新秀。钛及钛的化合物、合金究竟有哪些特性和用途呢?是人们应该了解的问题。

钛(Titanium)：元素符号Ti，原子序数22，原子量47.88，在元素周期表中位于第4周期ⅣB族。

车友们应该都为钛合金车架的高踞不下的价格烦恼过吧，钛的价格为什么这么高呢？是不是因为钛这种金属非常稀有呢？答案是否定的。

钛在地壳中的丰度为0.63% ，居元素分布序列中的第十位，仅次于氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾、镁、氢，比常见的锌、铅、镍、铜的总和还要多16倍，是铜的61倍，但大部分处于分散状态。随便从地下抓起一把泥土，其中都含有千分之几的钛，世界上储量超过一千万吨的钛矿并不希罕。海滩上有成亿吨的砂石，钛和锆这两种比砂石重的矿物，就混杂在砂石中，经过海水千百万年昼夜不停地淘洗，把比较重的钛铁矿和锆英砂矿冲在一起，在漫长的海岸边，形成了一片一片的钛矿层和锆矿层。这种矿层是一种黑色的砂子，通常有几厘米到几十厘米厚。主要的矿物有金红石（TiO₂）和钛铁矿（FeTiO₃)组成复杂的钒钛铁矿。

截至1995年底，世界金红石（包括锐钛矿）储量和储量基础分别为3330万吨和16440万吨，资源总量约2.3亿吨TiO₂含量，下同），主要集中在南非、印度、斯里兰卡、澳大利亚。世界钛铁矿（TiO₂）储量和储量基础分别为2.743亿吨和4.353亿吨，资源总量约10亿吨；主要集中在南非、挪威、澳大利亚、加拿大和印度。截至1996年底我国保有原生钛（磁）铁矿（折TiO₂）储量35704.09万顿（其中A+B+C级23191.50万t）；钛铁矿（砂矿）矿物储量3803.19万顿（其中A+B+Ｃ级2147.17万吨）；金红石矿物储量256.86万顿（其中A+B+C级73.73万吨)；金红石TiO₂储量750.86万顿（其中A+B+C级242.43万吨）。若将我国1996年保有钛铁矿砂矿的A+B+C级矿物储量2147.17万顿按含TiO₂ 48％折算，则其TiO₂储量为1030.64万吨，仅占同年世界钛铁矿(TiO₂)27000万顿的3.83％；若再将其与原生钛磁铁矿岩矿（TiO₂）的A+B+C级储量（23191.50万吨）中目前可利用的约占50％以粒状钛铁矿产出的（TiO₂）储量11595.75万顿相加，其TiO₂总储量为12626.4万吨，则占同年世界钛铁矿（TiO₂）储量27000万吨的47.76％，从这个意义上说，我国可称为世界钛铁矿资源最丰富的国家。若将我国1996年保有金红石矿物的A+B+C级储量73.73万顿按含TiO₂ 94％折算成TiO₂储量为69.31万顿，再加上同年金红石（TiO₂）的A+B+C级储量242.43万吨，合计为311.74万吨，则占同年世界金红石（TiO₂）储量3330万t的9.36％，由此可见我国金红石资源并不丰富。

纯钛是银白色的金属，它具有许多优良性能。钛的密度为4.54g／cm³，比钢轻43% ，比久负盛名的轻金属镁稍重一些。机械强度却与钢相差不多，比铝大两倍，比镁大五倍。钛耐高温，熔点1725K，比黄金高近700K ，比钢高近500K。钛还有机械强度高(5)、耐低温（超低温下电阻率几乎为0）、耐磨蚀、线塑性良好（能薄壁化使用）、不易氧化、还原性强等特点。现在，在火箭和导弹中，就大量用钛代替钢。据统计，目前世界上每年用于空间的钛，已达一千吨以上，极细的钛粉，还是火箭的好燃料，所以钛被誉为宇宙金属，空间金属。

钛属于化学性质比较活泼的金属。加热时能与O₂、N₂、H₂、S和卤素等非金属作用。但在常温下，钛表面易生成一层极薄的致密的氧化物保护膜，可以抵抗强酸甚至王水的作用，表现出强的抗腐蚀性。因此，一般金属在酸、碱、盐的溶液中变得千疮百孔而钛却安然无恙。有人曾把一块钛沉到海底，五年以后取上来一看，上面粘了许多小动物与海底植物，却一点也没有生锈，依旧亮闪闪的。化学工业上也常常要用到它。过去，化学反应器中装热硝酸的部件都用不锈钢。不锈钢也怕那强烈的腐蚀剂——热硝酸，每隔半年，这种部件就要统统换掉。现在，用钛来制造这些部件，虽然成本比不锈钢部件贵一些，但是它可以连续不断地使用五年，计算起来反而合算得多。人们还利用钛在高温下化合能力极强的特点，在炼钢的时候，氮很容易溶解在钢水里，当钢锭冷却的时候，钢锭中就形成气泡，影响钢的质量。所以炼钢工人往钢水里加进金属钛，使它与氮化合（钛与氮的结合能力较强），变成炉渣—氮化钛，浮在钢水表面（钛的密度比钢低），这样钢锭就比较纯净了。
液态钛几乎能溶解所有的金属，因此可以和多种金属形成合金。钛加入钢中制得的钛钢坚韧而富有弹性。钛与金属Al、Sb、Be、Cr、Fe等生成填隙式化合物或金属间化合物。钛合金制成飞机比其它金属制成同样重的飞机多载旅客100多人。制成的潜艇，既能抗海水腐蚀，又能抗深层压力，其下潜深度比不锈钢潜艇增加80% 。这种潜艇可以在深达4500米的深海中航行。同时，钛无磁性，用钛建造的核潜艇不必担心磁性水雷的攻击。航空工业中特别是战略航空工业中使用钛的主原因之一是其耐高温的特性。最著名的使用钛制造的飞机就是美国空军的SR-71黑鸟“双三”战略侦察机，黑鸟的升限可以达到30000米，最大平飞速度M3.2(3392千米/小时，高度24000米)，巡航速度M3.0(3180千米/小时，高度21000米)（这就是所谓的双三飞机），飞机在这样高的速度下，飞机表面与空气产生摩擦,使空气发生阻滞与压缩。飞机的速度大为降低,动能转化为热能,飞机表面的温度急剧升高,这就是所谓的"热障"。根据理论估算,在高度超过11000米的高空飞行时,当飞机的马赫数为2的条件下，飞机头部的温度可能达到118摄氏度。当马赫数为2.5的时候, 温度可高达215摄氏度。当马赫数为3时,温度可达335摄氏度。飞机机翼的温度会更高。因此,高速飞行时,由于气动加热,机内人员,设备以及材料的强度等方面,都会受到严重的影响与限制。现在一般将马赫数2.5以上看做是出现热障的飞行速度。在高速飞行时,热障的表现是:制造飞机外壳的合金的结构强度和刚度都会降低,出现变形,破损甚至局部溶解。飞机油箱的油也将达到沸腾的程度,无法正常供油,而且随时存在着因温度过高而骤然燃烧爆炸的危险。因此如果使用铝的话，在高温下铝制机身很可能因为结构强度大幅度降低而解体。所以SR-71黑鸟使用钛制造，SR-71机体重量的93%为钛合金。但是由于其高昂的造价和复杂昂贵的维护，1990 年3月 6日，17972（最后一架退役的黑鸟编号）执行了她的最后一次飞行任务，这一次，她只用一小时零 4分20 秒就从洛杉矶飞到华盛顿，创造了横跨美国大陆飞行的最快纪录，平均时速 3,418km/h，飞机降落后，17972 就直接滑向博物馆的机库，就此全部黑鸟退出现役。但是，至1966年1月交付使用，40年来她仍然是航空工业的巅峰之作，至今多项航空记录仍由黑鸟保持。大家想象一下，1966年是个什么样的年代呢，中国的文化大革命如火如荼的开始了，而美国却已能制造出像SR-71这样尖端的飞机了，可能中国到现在也没有这样的能力，仅就钛合金的制造技术而言，中国可能比美国落后不止40年。这真的不能不让我感叹啊！（这一段有些跑题了，下面继续说钛！）

钛具有“亲生物’性。在人体内，能抵抗分泌物的腐蚀且无毒，对任何杀菌方法都适应。因此被广泛用于制医疗器械，制人造髋关节、膝关节、肩关节、胁关节、头盖骨，主动心瓣、骨骼固定夹。当新的肌肉纤维环包在这些“钛骨”上时，这些钛骨就开始维系着人体的正常活动。钛在人体中分布广泛，正常人体中的含量为每70kg体重不超过15mg，其作用尚不清楚。但钛能刺激吞噬细胞，使免疫力增强这一作用已被证实。

重要的钛化合物有：二氧化钛(TiO₂)、四氯化钛(TiCl₄)、偏钛酸钡(BaTiO₃)。钛的氧化物——二氧化钛，是雪白的粉末，是最好的白色颜料，俗称钛白。以前，人们开采钛矿，主要目的便是为了获得二氧化钛。钛白的粘附力强，不易起化学变化，永远是雪白的。特别可贵的是钛白无毒。它的熔点很高，被用来制造耐火玻璃，釉料，珐琅、陶土、耐高温的实验器皿等。

　　二氧化钛是世界上最白的东西， l克二氧化钛可以把 450多平方厘米的面积涂得雪白。它比常用的白颜料一—锌钡白还要白5倍，因此是调制白油漆的最好颜料。世界上用作颜料的二氧化钛，一年多到几十万吨。二氧化钛可以加在纸里，使纸变白并且不透明，效果比其他物质大10倍，因此，钞票纸和美术品用纸就要加二氧化钛。此外，为了使塑料的颜色变浅，使人造丝光泽柔和，有时也要添加二氧化钛。在橡胶工业上，二氧化钛还被用作为白色橡胶的填料。　　四氯化钛是种有趣的液体，它有股刺鼻的气味，在湿空气中便会大冒白烟——它水解了，变成白色的二氧化钛的水凝胶。

在军事上，人们便利用四氯化钛的这股怪脾气，作为人造烟雾剂。特别是在海洋上，水气多，一放四氯化钛，浓烟就象一道白色的长城，挡住了敌人的视线。在农业上，人们用TiCl₄形成的浓雾复盖地面，减少夜间地面热量的散失，保护蔬菜和农作物不受严寒、霜冻的危害。

TiO₂+BaCO₃ == BaTiO₃十CO₂ 　　人工制得的BaTiO₃具有高的介电常数，由它制成的电容器有较大的容量，更重要的是BaTiO₃具有显著的“压电性能”，当它受压力而改变形状的时候，会产生电流，一通电又会改变形状。于是，人们把钛酸钡放在超声波中，它受压便产生电流，由它所产生的电流的大小可以测知超声波的强弱。相反，用高频电流通过它，则可以产生超声波。现在，几乎所有的超声波仪器中，都要用到钛酸钡。除此之外，钛酸钡还有许多用途。例如：铁路工人把它放在铁轨下面，来测量火车通过时候的压力；医生用它制成脉搏记录器。用钛酸钡做的水底探测器，是锐利的水下眼睛，它不只能够看到鱼群，而且还可以看到水底下的暗礁、冰山和敌人的潜水艇等。

1.钛合金的发展 　　钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，钛合金因具有比强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域。世界上许多国家都认识到锨合金材料的重要性，相继对其进行研究开发，⒌玫搅耸导视τ谩?lt;br>第一个实用的钛合金是1954年美国研制成功的Ti-6Al-4V合金，由于它的耐热性、强度、塑性、韧性、成形性、可焊性、耐蚀性和生物相容性均较好，而成为钛合金工业中的王牌合金，该合金使用量已占全部钛合金的75％～85％。其他许多钛合金都可以看做是Ti-6Al-4V合金的改型。　　20世纪50～60年代，主要是发展航空发动机用的高温钛合金和机体用的结构钛合金，70年代开发出一批耐蚀钛合金，80年代以来，耐蚀钛合金和高强钛合金得到进一步发展。耐热钛合金的使用温度已从50年代的400℃提高到90年代的600～650℃。A2(Ti₃Al)和r（TiAl）基合金的出现，使钛在发动机的使用部位正由发动机的冷端（风扇和压气机）向发动机的热端（涡轮）方向推进。结构钛合金向高强、高塑、高强高韧、高模量和高损伤容限方向发展。　　另外，20世纪70年代以来，还出现了Ti-Ni、Ti-Ni-Fe、Ti-Ni-Nb等形状记忆合金，并在工程上获得日益广泛的应用。　　目前，世界上已研制出的钛合金有数百种，最著名的合金有20～30种，如Ti-6Al-4V?i-5Al-2.5Sn、Ti-2Al-2.5Zr、 Ti-32Mo、Ti-Mo-Ni、Ti-Pd、SP-700、Ti-6242、Ti-1023、Ti-10-5-3、Ti-1023、BT9、 BT20、IMI829、IMI834等。　　钛合金可以分为α、α+β、β型合金及钛铝金属间化合物（Ti_xAl，此处x=1）四类。下表列出了四类典型钛合金及特点。

2. 钛合金的新进展 　　近年来，各国正在开发低成本和高性能的新型钛合金，努力使钛合金进入具有巨大市场潜力的民用工业领域阳。国内外钛合金材料的研究新进展主要体现在以下几方面。

（1）高温钛合金。　　世界上第一个研制成功的高温钛合金是Ti-6Al-4V，使用温度为300-350℃。随后相继研制出使用温度达400℃的IMI550、BT3-1 等合金，以及使用温度为450-500℃的IMI679、IMI685、Ti-6246、Ti-6242等合金。目前已成功地应用在军用和民用飞机发动机中的新型高温钛合金有.英国的ＩＭＩ８29、ＩＭＩ83４合金；美国的Ti-1100合金；俄罗斯的BT18Y、BT36合金等。下表为部分国家新型高温钛合金的最高使用温度。

　　近几年国外把采用快速凝固／粉末冶金技术、纤维或颗粒增强复合材料研制钛合金作为高温钛合金的发展方向，使钛合金的使用温度可提高到650℃以上。美国麦道公司采用快速凝固／粉末冶金技术成功地研制出一种高纯度、高致密性钛合金，在760℃下其强度相当于目前室温下使用的钛合金强度。　

　（2）钛铝化合物为基的钛合金。　　与一般钛合金相比，钛铝化合物为基Ti₃Al（α₂）和TiAl（γ）金属间化合物的最大优点是高温性能好（最高使用温度分别为816和 982℃）、抗氧化能力强、抗蠕变性能好和重量轻（密度仅为镍基高温合金的1/2），这些优点使其成为未来航空发动机及飞机结构件最具竞争力的材料。目前，已有两个Ti₃Al为基的钛合金Ti-21Nb-14Al和Ti-24Al-14Nb-#v-0.5Mo在美国开始批量生产。其他近年来发展的 Ti₃Al为基的钛合金有Ti-24Al-11Nb、Ti-25Al-17Nb-1Mo和Ti-25Al-10Nb-3V-1Mo等]。TiAl （γ）为基的钛合金受关注的成分范围为Ti-（46-52）Al-（1-10）M（at.％），此处Ｍ为ｖ、Cr、Mn、Nb、Mn、Mo和Ｗ中的至少一种元素。最近，TiAl₃为基的钛合金开始引起注意，如Ti-65Al-10Ni合金。　

　（3）高强高韧β型钛合金。　　β型钛合金最早是20世纪50年代中期由美国Crucible公司研制出的B120VCA合金（Ti-13v-11Cr-3Al）。β型钛合金具有良好的冷热加工性能，易锻造，可轧制、焊接，可通过固溶-时效处理获得较高的机械性能、良好的环境抗力及强度与断裂韧性的很好配合。新型高强高韧β型钛合金最具代表性的有以下几种: 　　Ti1023（Ti-10v-2Fe-#al），该合金与飞机结构件中常用的30CrMnSiA高强度结构钢性能相当，具有优异的锻造性能；　　Ti153（Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn），该合金冷加工性能比工业纯钛还好，时效后的室温抗拉强度可达1000MPa以上；　　β21S（Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si），该合金是由美国钛金属公司Timet分部研制的一种新型抗氧化、超高强钛合金，具有良好的抗氧化性能，冷热加工性能优良，可制成厚度为0.064mm的箔材；日本钢管公司（NKK）研制成功的SP-700（Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Fe）钛合金，该合金强度高，超塑性延伸率高达2000％，且超塑成形温度比Ti-6Al-4V低140℃，可取代Ti-6Al-4V合金用超塑成型-扩散连接（SPF/DB）技术制造各种航空航天构件；　　俄罗斯研制出的BT-22（TI-5v-5Mo-1Cr-5Al），其抗拉强度可达1105MPA以上　　

（４）阻燃钛合金。常规钛合金在特定的条件下有燃烧的倾向，这在很大程度上限制了其应用。针对这种情况，各国都展开了对阻燃钛合金的研究并取得一定突破。羌国研制出的Alloy c（也称为Ti-1720），名义成分为50Ti-35v-15Cr（质量分数），是一种对持续燃烧不敏感的阻燃钛合金，己用于F119发动机。BTT- 1和BTT-3为俄罗斯研制的阻燃钛合金，均为Ti-Cu-Al系合金，具有相当好的热变形工艺性能，可用其制成复杂的零件。　　

（5）医用钛合金。　　钛无毒、质轻、强度高且具有优良的生物相容性，是非常理想的医用金属材料，可用作植人人体的植人物等。目前，在医学领域中广泛使用的仍是Ti-6Al -4v ELI合金。但后者会析出极微量的钒和铝离子，降低了其细胞适应性且有可能对人体造成危害，这一问题早已引起医学界的广泛关注。羌国早在20世纪80年代中期便开始研制无铝、无钒、具有生物相容性的钛合金，将其用于矫形术。日本、英国等也在该方面做了大量的研究工作，并取得一些新的进展。例如，日本已开发出一系列具有优良生物相容性的α+β钛合金，包括Ti-15Zr-4Nb_4ta-0.2Pd、Ti-15Zr-4Nb-aTa-0.2Pd- 0.20~0.05N、Ti-15Sn-4Nb-2Ta-0.2Pd和Ti-15Sn-4nb-2Ta-0.2Pd-0.20，这些合金的腐蚀强度、疲劳强度和抗腐蚀性能均优于Ti-6Al-4v ELI。与α+β钛合金相比，β钛合金具有更高的强度水乎，以及更好的切口性能和韧性，更适于作为植入物植入人体。在美国，已有5种β钛合金被推荐至医学领域，即TMZFTM（TI-12Mo-^Zr-2Fe）、Ti-13Nb-13Zr、Til 21SRx（TI-15Mo-2.5Nb-0.2Si）、Tiadyne 1610（Ti-16Nb-9.5Hf）和Ti-15Mo。估计在不久的将来，此类具有高强度、低弹性模量以及优异成形性和抗腐蚀性能的钛合金很有可能取代目前医学领域中广泛使用的Ti-6Al-4V ELI合金。

第五部分几种材料特性对比一下资料翻译至雷诺网站数据由雷诺联合伯明翰大学冶金与材料学院以及其他一些材料供应商共同测试
	强度	硬度	密度
材料	千帕	兆帕	克/立方厘米克/立方厘米
铝
X-105	700	73	2.78
X-100	550	72	2.65
7005	400	72	2.75
6061	325	69	2.70
钢
853*	1350	205	7.80
725	1180	200	7.80
631*	850	205	7.80
525/531	800	200	7.80
* = 在焊接部位实际强度可能更高
镁
MZM	250	45	1.79
钛
3Al-2.5V	900	107	4.68
6Al-4V	1050	115	4.42