Гибка и резка 

Прочность алюминия и стали. Механические свойства стали и алюминиевых сплавов

Пожалуй, самый кардинальный апгрейд велосипеда - это замена рамы. Именно рама задаёт характер байка, сильнее всего влияет на его ходовые качества, на внешний вид и, как следствие, на получаемое удовольствие от катания. На интернет-форумах сломано множество копий насчёт выбора того или иного материала рамы и данную тему можно смело отнести к разряду холиваров, но всё же я позволю себе порассуждать и изложу своё мнение.

Алюминиевые рамы

На протяжении многих лет алюминиевые рамы пользуются большой популярностью среди велосипедистов по всему миру. Хоть рамы и называются «алюминиевые», но изготавливают их не из чистого алюминия, а из сплава, ввиду того, что сам по себе алюминий довольно мягок. Таким образом примерно на 95% сплав состоит из алюминия, но также включает: магний, цинк, марганец, титан, хром, железо и др. В результате этого получаются такие популярные сплавы как 7005 и 6061, чаще всего используемые при изготовлении велосипедных рам. С целью увеличения прочности применяются трубы большого диаметра и с большей толщиной стенок. Многие алюминиевые рамы, с целью облегчения, обладают т.н. баттингом, что представляет собой переменную толщину стенок труб в разных местах, в зависимости от нагрузки. В результате рама получается достаточно лёгкой, жёсткой и прочной.

Вес алюминиевой рамы среднего уровня в размере 19” составляет около 2-2.5 кг, что позволяет собрать довольно лёгкий байк при весьма скромном бюджете. Что касается жёсткости, то это и хорошо, и плохо. Для участия в гонках, где важен рывок, динамичная езда стоя на педалях и чёткость управления, жёсткость будет плюсом. Но если говорить о продолжительных поездках на длинные дистанции, то езда на алюминиевой раме может вызвать некоторые неприятные ощущения в пояснице, спине и руках, особенно если у вас есть какие-либо проблемы с позвоночником. Причиной тому названная выше жёсткость, а также свойства материала - низкое внутреннее трение, в результате чего, вибрация от колёс очень хорошо передаётся велосипедисту через раму.

Одним из главных недостатков алюминиевых рам является их склонность к накоплению усталости и, как результат, неожиданным поломкам в самый неподходящий момент. Именно поэтому стоит с особой настороженностью относиться к б/у рамам из алюминиевого сплава возрастом более 10 лет, с приличным пробегом или подвергавшимся большим нагрузкам (например, в экстремальных дисциплинах). Также это актуально для жёстких алюминиевых вилок. Мало того, что езда на такой вилке крайне некомфортна, так ещё и сломаться может внезапно.

Так или иначе, но алюминиевые рамы продолжают пользоваться большой популярностью и на их базе собирают многие серийные модели велосипедов в нижнем и среднем ценовых сегментах. Пожалуй, цена здесь является основополагающим фактором. Ведь приобрести достаточно качественную раму из алюминиевого сплава можно даже за 5000-8000 руб.

В профессиональном велоспорте алюминиевые рамы уже давно не используются и их полностью вытеснил карбон, который по своим свойствам гораздо лучше подходит для дисциплин, где счёт времени идёт на секунды, а веса на граммы.

Карбоновые рамы

В профессиональном спорте карбон закрепился прочно и надолго, вряд ли в ближайшие годы что-то сможет его вытеснить. Технологии продолжают оттачивать, выпускают новые модели рам, обладающие большей жёсткостью, прочностью, лучшей аэродинамикой и меньшим весом. Вместе с этим карбоновые рамы и компоненты перестали быть привилегией исключительно профессионалов и, чем дальше, тем больше, проникают в ряды велосипедистов-любителей. Вместе с этим появилась масса статей и тем на форумах с весьма неоднозначными мнениями насчёт карбоновых рам. Могут вызвать недоумение статьи, где автор рассказывает о том, какой карбон классный, надёжный и прочный, но потом сам себе противоречит и говорит о том, что он всё же немного хрупкий. Так всё же, надёжный или хрупкий? Давайте разберёмся.

На самом деле так и есть, карбон одновременно и прочен, и хрупок, как бы это странно не звучало. На растяжение карбон гораздо прочнее алюминиевого сплава, но что касается излома или сильных точечных ударов, то здесь всё уже не так хорошо. Можно подвергать карбоновую раму высоким нагрузкам при езде по пересечённой местности, прыжках, даже перевозить тяжёлое туристское снаряжение в походе и не переживать, что карбон не выдержит и вдруг сложится. Но иногда может случиться так, что велосипед неудачно упадёт на острый камень, угол стены или получит удар при транспортировке в электричке, поезде или самолёте. Таких случае довольно много. Какова вероятность того, что такое произойдёт конкретно в вашем сценарии использования - вопрос другой. Правда не стоит думать, что карбон действительно настолько хрупкий и способен разрушиться от любого маломальского удара. В большинстве случаев всё должно обойтись поверхностным сколом лака, слой которого также обеспечивает дополнительную защиту карбона. При нормальном использовании карбоновая рама может прослужить очень долго, ведь карбон практически не накапливает усталость.

Последнее время большую популярность получили бюджетные (относительно) китайские карбоновые рамы. В первую очередь это обусловлено ценой - около 13000-15000 руб., что более чем в два раза ниже стоимости моделей известных брендов. Стоит ли покупать такую раму? Если очень хочется попробовать карбон, но нет возможности приобрести раму известного производителя, то это единственный вариант. Но нужно учитывать, что карбон карбону - рознь. Бюджетная карбоновая рама неизвестного происхождения может быть не такой лёгкой и надёжной, не обладать продуманной геометрией, в общем, существенно проигрывать брендовым образцам. Но, так или иначе, позволит вам получить представление о том, что такое карбоновая рама и как она себя ведёт.

Нужен ли карбон мне?

Для того, чтобы вам было проще определиться, я предлагаю ответить для себя на ряд вопросов:

  • Вы готовы потратить только на одну раму 30000+ рублей?
  • Вы готовы потратить ещё около 60000 на остальные компоненты, которые будут соответствовать уровню рамы?
  • Вы будете участвовать в гонках и бороться за призовые места?
  • Вам точно не будет жалко рубиться на гонках на подобном велосипеде? 🙂
  • Вы не планируете ездить в походы и не будете транспортировать байк в электричках или поездах вповалку с другими велосипедами?
  • У вас есть ещё один велосипед попроще на каждый день?
  • Вам важен «вау-эффект», производимый на окружающих?

В случае уверенных положительных ответов на эти вопросы, можно предположить, что да, скорее всего вам действительно нужен велосипед на карбоновой раме. Если же вам, в первую очередь, важны надёжность и долговечность, вы не собираетесь завоёвывать призовые места на соревнованиях, а кошелёк не тянет карман, то не стоит гнаться за трендами. В этом случае обратите внимание на более доступные и испытанные временем материалы, например, сталь.

Стальные рамы

Хотите прикоснуться к настоящей классике? Купите качественную стальную раму. Многие десятилетие большинство велосипедов собирались именно на стальных рамах, начиная от детских Школьников, заканчивая Colnago профессионального уровня. В начале 90-х годов, в профессиональном велоспорте, стальные рамы очень быстро были вытеснены алюминиевыми, а затем и карбоновыми. Что касается более бюджетных велосипедов, то здесь сталь до сих пор в ходу, причём очень даже разная.

Самые простые и бюджетные - рамы из низкоуглеродистой стали, чуть более дорогие - из легированной (high tensile, hiten steel). Первые используются на велосипедах самой низкой ценовой категории и иногда их называют рамами из кроватных или водопроводных труб. Действительно, характеристики их вряд ли можно назвать выдающимися, особенно первых. Такие рамы обладают большим весом (4-5 кг) и довольно сильно подвержены коррозии. Тем не менее стоят они недорого, крепки и ремонтопригодны и хорошо гасят вибрации.

Самые лучшие и интересные стальные рамы изготавливают из хромомолибденовой стали (CrMo). Некогда легендарные ХВЗ, Colnago, Bianchi, Pinarello и многие другие известные производители шоссейных и горных рам имели в своём арсенале множество моделей хромомолибденовых рам разного уровня, от средних любительских, до топовых профессиональных, на которых множество раз одерживали победы на культовых мировых велогонках, таких как: Tour de France, Giro d’Italia, Paris-Roubaix и многих других. Конечно, на сегодняшний день, в профессиональном велоспорте, сталь (даже такая качественная) уже много лет не используется, но многие производители продолжают изготавливать хромомолибденовые рамы, как шоссейные, так и горные, которые пользуются большой популярностью у ценителей классики и велотуристов, которым важна максимальная надёжность, ремонтопригодность и комфорт при передвижении по дорогам с самым разным покрытием.

Хромомолибденовые рамы очень стойки к накоплению усталости. Даже, если случилось так, что хромомолибденовая рама сломалась, то, как правило, это происходит не резко, а постепенно. Были случаи, когда у хромомолибденовых рам в тяжёлых походах появлялась трещина, но они выдерживали, не ломались, и позволяли закончить маршрут. Почти 10 лет назад ко мне попала хромомолибденовые рама Jamis Exile XC. Фотографии этого велосипеда вы можете наблюдать на страницах этого сайта. Так вот рама попала ко мне уже сильно побитой жизнью. Она долго лежала в неотапливаемом гараже, в результате чего начала ржаветь. Резьбу карточного узла мне пришлось тщательно очистить, обработать преобразователем, а после пролить всю раму мовилем. Кроме того на верхней трубе рамы есть вмятина, а также присутствует небольшое искривление задних перьев, таким образом заднее колесо оказалось немного в стороне. Тем не менее это мой основной велосипед на все случаи жизни, который я использую круглый год на протяжении 9 лет.

Велосипед на хромомолибденовой раме очень комфортен. Благодаря свойствам материала - высокому внутреннему трению и хорошей пластичности, байк на хромолевой раме буквально играет под велосипедистом, что очень хорошо чувствуется при езде по мелким неровностям, например, “стиральной доске” или каменистому грейдеру. Конечно, в случае использования велосипеда для гонок, мягкость можно отнести к недостаткам, нежели к плюсам. Но если в приоритете для вас комфорт при передвижении по разным дорогам и при их полном отсутствии, то хромоль - очень хороший вариант.

Бытует мнение, что стальные рамы очень тяжёлые. Но это совершенно не относится к качественным хромомолибденовым рамам. Если, конечно, не сравнивать их с карбоном. А вот с алюминиевыми вполне можно сравнить и преимущество будет не всегда за последними. Конечно, лёгкие хромомолибденовые рамы довольно дороги и могут стоить 20000-30000 руб. и более. Но есть варианты и подешевле, к тому же, в случае хромомолибденовых рам, не стоит сильно бояться Б/У, как с алюминиевыми. Мне мой Jamis достался почти бесплатно, можно сказать, что я его спас 🙂

Титановые рамы

Вот мы и добрались до моего любимого титана. Именно велосипед на титановой раме олицетворяет для меня максимальную универсальность, надёжность и является моим выбором. Напомню, что уже более 12 лет я владею велосипедом на базе рамы Titerra Ti-M19, некоторое время назад я писал о нём в статье и рассказывал в видео.

Титановые рамы обладают весом, сравнимым с лучшими алюминиевыми образцами, прочностью и комфортом, присущим хромомолибденовым рамам, но при этом практически не боятся коррозии и обладают фантастической долговечностью. Замечу, что пункт про долговечность имеет силу, если при изготовлении были соблюдены все технологии. В противном же случае рама может быстро сломаться и починить её уже будет не так просто, поскольку требования к условиям обработки титана весьма высоки, что напрямую отражается на ремонтопригодности изделия, особенно при отсутствии необходимых условий. Но если технология была соблюдена, то титановая рама будет служить вам десятилетиями, ещё и на внуков с правнуками хватит.

При изготовлении титановых рам применяется сплав, содержащий и другие элементы, а не только титан в чистом виде. Такие сплавы называются Titanium alloys. Так, например, самыми популярными сплавами, используемыми в производстве велосипедных рам являются 3AL-2.5V (3% Алюминий и 2.5% Ванадий) и 6AL-4V (6% Алюминий и 4% Ванадий). Зачастую данные сплавы комбинируются и используются в разных частях одного изделия. Также применяются и другие сплавы, например, известная фирма Rapid использует в своих рамах аэрокосмический сплав ОТ-4 и ПТ-7М.

Что касается предназначения титановых рам, то круг их применения весьма широк: круглогодичная и ежедневная эксплуатация в городе, сложные многодневные походы, бреветы, покатушки по любым типам дорог, сопряжённые с длительными пешими переходами, где велосипед приходится тащить буквально на себе. Разве что сюда я не стану относить гонки, где важна высокая жёсткость рамы, позволяющая обеспечить максимальный рывок и острое управление. Поскольку титан мягок, то он имеет некоторые потери при педалировании, особенно при силовом. Также, в случае эксплуатации велосипеда с титановой рамой людьми весом 100 кг и более, может быть заметна излишняя мягкость, вплоть до ощущения, что рама под вами просто болтается. Конечно, это во многом зависит от конкретной модели рамы.

Визуально велосипед на титановой раме выглядит совершенно неброско. Титан довольно редко красят и если нужно добиться эффектного внешнего вида, то его полируют до приобретения блеска. Большинство же рам продаются не полированными и для обывателей представляют собой просто серую железяку. Это, несомненно, можно отнести к плюсам. Несмотря на свою немалую стоимость, титановые велосипеды привлекают к себе гораздо меньше внимания, нежели разукрашенные алюминиевые или модные карбоновые, которые иногда так и кричат: «Эй, возьми меня, я такой классный!». Даже знаю случай, когда во время покатушки группа остановилась у сельского магазина, прислонили велосипеды и ушли. Титановый велосипед был прислонен последним. Когда люди вышли из магазина, то обнаружили, что титан (который был самым первым) валяется в стороне, а вот нового алюминиевого байка след простыл. Конечно, не стоит рассчитывать, что это работает всегда и спокойно оставлять велосипед где попало, но плюсом это, несомненно, является.

Самым большим недостатком титановых рам является их высокая цена, которая может быть эквивалентна брендовым карбоновым изделиям и даже превышать их стоимость. Так, например, б/у титановая рама, которой уже стукнуло 15 лет, может легко продаваться за 20000 руб., при этом нельзя сказать, что это сильно завышенный ценник. Цены на новые отечественные титановые рамы начинаются от 45000 руб. Поэтому, если вы решили собрать велосипед на титановой раме, то перед этим нужно взвесить все «за», «против» и понять, для чего всё это надо и стоит ли игра свеч. Во многих случаях хромомолибденовая рама может стать отличной альтернативой титану за существенно меньшие деньги.

Что касается моды и трендов, то титан держится особняком от рам из других материалов. В кругах продвинутых велосипедистов это выглядит примерно так: алюминий - массовые велосипеды, мало примечательные и обыденные; карбон - удел гонцов и продвинутых велосипедистов; хромомолибден - для ценителей классики и велосипедов старой школы. С титаном ситуация особая. Для него не действуют выражения вроде «классика» или «в тренде», он находится в другой параллели, вне времени и, если вы постигли дзен титановых байков, то уже вряд ли сможете пересмотреть свои взгляды.

Заключение

Конечно, помимо алюминиевых, карбоновых, стальных и титановых, есть велосипедные рамы и из других, гораздо более экзотичных сплавов и материалов, например, магниевые или скандиевые рамы. Но на сегодняшний день в продаже их найти весьма сложно, даже под заказ, да и насколько мне известно, интерес к ним уже сильно поубавился, в сравнении с тем, каким он был лет 10-15 назад.

Что касается выбора материала рамы для своего велосипеда, то здесь нужно подумать и определиться, как именно он будет эксплуатироваться. Каждый материал по-своему хорош, но и имеет свои слабые стороны. Если речь идёт о сборке бюджетного велосипеда, то скорее всего выбор будет ограничен алюминиевыми и стальными рамами. В случае вашей склонности к спорту и гонкам, на первых порах, гоняться стоит на алюминии, но при ощутимом росте переходите на карбон, что позволит вам улучшить результат. Но не стоит думать, что сев на карбон, вы сразу приедете в первой 5ке. Всё же, в первую очередь, едет велосипедист, а велосипед ему в этом помогает. Если вы тяготеете к велотуризму, любите длительные поездки по любым дорогам (а может и вовсе без них), при этом есть желание прикоснуть к чему-то вечному, надёжному и есть возможность серьёзно потратиться, то велосипед на титановой раме подойдёт вам как нельзя лучше. Не готовы потратить несколько десятков тысяч на одну раму, но хочется надёжности и долговечности, а «дутые» алюминиевые рамы не нравятся визуально? В этом случае обратите внимание на хромомолибденовые модели, которые, несомненно, смогут удовлетворить ваши потребности и изысканный вкус.

Несомненно, выбор рамы - вопрос очень важный, ведь на хорошем оборудовании и кататься приятно. Но я не советую вам ударяться в велофетишизм, гнаться за граммами и тратить время впустую, споря на велофорумах на тему, что круче, что катит, а что не катит. Главное, чтобы велосипед вам нравился, а у вас было желание, время и силы почаще кататься, получая пользу и удовольствие.

Если вам есть что добавить или вы хотите задать вопрос по той или иной раме, то милости прошу в комментарии.

Отредактировано: 02.02.2017

Мы продолжаем серию статей о различных материалах, используемых при производстве велосипедных рам. В прошлой статье мы поговорили о велосипедах на основе стальных рам.

В современном мире для изготовления рам велосипеда используют следующие материалы:

  • (обычную, углеродистую, хромомолибденовую).
  • Алюминиевые сплавы (Alloy )
  • (Titanium)
  • (углепластик, Carbon fiber)
  • Различные редкие, экспериментальные и материалы (магниевые (Magnesiumc), алюминиево-скандиевые, бериллиевые сплавы, бамбук и т.д.)

В этой статье мы рассмотрим свойства рамы, изготовленной из алюминиевых сплавов.

Сам термин алюминиевая рама не совсем правильный. Алюминий в чистом виде не применяется - он слишком мягкий. Под этим термином подразумеваются сплавы с другими металлами: цинком, медью, магнием, марганцем и т.д.

Один из больших плюсов алюминиевых рам - их малый вес. Именно поэтому велосипеды с такими рамами быстрее набирают скорость, на них легче подниматься в гору. Однако, это же дает и отрицательный эффект в виде потери наката, т.е. когда велосипедист прекращает вращать педали байк быстрее останавливается.

Преимущества алюминиевой велосипедной рамы:

  • Меньший вес , по сравнению со стальными рамами, и как следствие этого хорошие разгонные характеристики.
  • Почти абсолютная коррозийная стойкость - такие рамы не ржавеют от слова «вообще».
  • Высокие скоростные характеристики : легче набрать скорость и ехать в гору.

Недостатки велосипедной рамы из алюминиевых сплавов:

  • Жесткость . Алюминиевая рама практически не гасит вибрации, и все неровности дороги передаются на руки и через пятую точку на позвоночник, особенно если еще и вилка жесткая, а не амортизационная.
  • Быстрая потеря наката . Из-за меньшего веса, как только байкер перестает крутить педали, велосипед быстро теряет свою скорость, в отличие от велосипеда со стальной рамой.
  • Недолговечность . Если велосипед эксплуатируется активно, то через несколько лет резко возрастает вероятность получить трещину. А лет через 10 обычного катания рекомендуется регулярно осматривать байк перед поездкой на их наличие. Производители чаще всего дают гарантии на рамы из алюминиевых сплавов в пределах 5-10 лет.
  • Более чувствительны к ударам и падениям , чем стальные и титановые рамы. Все-таки алюминий мягче стали и удар, который сталь даже не заметит - на алюминии может оставить вмятину.
  • Неремонтопригодность . Сварить алюминиевую раму слишком сложно, да и уверенности в ее прочности это, на самом деле, не прибавит - надежнее купить себе новую.
  • Высокая цена.

Виды алюминиевых сплавов, использующихся при изготовлении велорам.

Немного остановимся на видах алюминиевых сплавов, использующихся для изготовления велосипедных рам.

Марок алюминиевых сплавов достаточно много (2014, 7000, 7005T6, 7009T6, 7010T6, 6061T6, 6065 и т.д.), но наиболее часто в велосипедостроении используются марки 7005T6 и 6061T6 (аналог отечественного сплава АД33 по ГОСТ 4784-97).

Их еще называют сплавы шести- или семитысячной серии.

Использование в названии букв «Т6» говорит о том, что материал прошел термическую обработку.

Например, при термической обработке сплава 6061 изделие из него нагревают до 530 °С, затем интенсивно охлаждают водой. Затем его в течении 8 часов при температуре около 180 °С искусственно старят. После такой обработки сплав 6061 уже обозначают 6061-Т6.

Сплав 7005 при термической обработке охлаждают не водой, а воздухом.

Например, в приведенной ниже таблице видно состав металлов в сплавах и как изменяются их физические характеристики после термической обработки.

Сплав Состав
металлов 		Предел
прочности
на разрыв
(в тыс. PSI) 		Предел
текучести
(в тыс. PSI) 		Процент
удлинения 		Твёрдость
по Бринеллю
2014 4.5% Медь
0.8% Углерод
0.8% Марганец
0.5% Магний 		27 14 18% 45
2014T6 70 60 13% 135
6061 1% Магний
0.6% Кремний
0.2% Хром
0.3% Медь
до 0.7% Железо 		18 8 25% 30
6061T6 45 40 17% 95
7005T6 4.5% Цинк
1.4% Магний
0.45% Марганец
0.13% Хром 		51 42 13% н/д
7075T6 5.6% Цинк
2.4% Магний
1.6% Медь
0.23% Хром
0.15% Марганец 		83 73 11% 150

В таблице:

Предел прочночти на разрыв - это нагрузка, при превышении которой происходит разрушение изделия.

С ростом популярности навесных вентилируемых фасадов возникла острая конкуренция между стальными и алюминиевыми подсистемами. Покупателей НВФ волнуют, прежде всего, такие параметры, как надежность, долговечность, соотношение цены и качества.

Производители и стальных, и алюминиевых подсистем утверждают, что по этим показателям их продукции нет равных. Кому верить? Какой материал в системах НВФ занимает более выигрышные позиции – сталь или алюминиевый сплав?
Конечно, говорить о том, что лучше – сталь или алюминий – безотносительно целей их использования, неправильно. Преимущества алюминиевых сплавов при производстве, например, батарей отопления бесспорны: по теплопроводности этот материал находится среди лидеров. А вот от алюминиевой посуды лучше отказаться. У нее короткий срок службы по причине быстрой деформации, но главное – готовить и хранить еду в такой посуде вредно для здоровья. Алюминий очень нежный и легко отсоединяется от стенок посуды, попадая в еду. Зато посуда из нержавейки служит долго, абсолютно безопасна и является атрибутом здорового питания.
Но если с той же посудой все ясно, то спор за лидерство в системах НВФ продолжается и даже обостряется. Для тех, кто сомневается в выборе подконструкции по типу материала, сравним их основные характеристики.
Цель любого фасада – сделать здание эстетически привлекательным и защитить его от холода и ветра, дождя и снега. Навесные вентилируемые фасады решают эти задачи и, более того, славятся своей долговечностью и экономичностью.
Итак, задача номер один – утепление здания. С ней прекрасно справляются и стальные, и алюминиевые подсистемы, с одним лишь «но». Алюминиевый сплав по теплопроводности одерживает уверенную победу над сталью. Увы, это достоинство оказывает системам НВФ медвежью услугу: алюминиевые кронштейны выводят из здания в три раза больше тепла, чем их стальные «коллеги». Поэтому при использовании алюминиевых подсистем утеплитель должен быть толще примерно на 5 см, нежели при использовании стальных подсистем. Соответственно утеплитель в этом случае обойдется дороже.
Второй важный вопрос, который интересует покупателей вентфасадов, - надежность системы. Этот показатель включает такие параметры, как прочность, противостояние коррозии, температурные деформации, пожаростойкость.
Нержавеющая сталь прочнее алюминиевого сплава в три раза, поэтому несущая способность стальных подсистем гораздо выше. Правда, есть возможность уравнять прочностные характеристики за счет увеличения толщины алюминиевых элементов в три раза, но в этом случае алюминиевая подсистема уравнивается в цене со стальной. Более того, в утолщенном варианте она громоздкая и тяжелая, что сужает область ее применения.
Кстати, любая алюминиевая подсистема все равно частично состоит из стальных элементов. Противопожарные отсечки должны быть из нержавейки по причине требований пожарной безопасности. Дело в том, что температура плавления алюминия составляет 640°C против 1800°C у нержавейки. Температура пожара внутри жилых и общественных зданий достигает 800-900°C. Именно поэтому оконные обрамления делают из стали: через них огонь выходит наружу.
Тем не менее стальные противопожарные отсечки мало спасают алюминиевые подсистемы. Подверженность алюминиевого сплава температурным деформациям приводит к тому, что во время пожара отсечки соскакивают. В итоге огонь охватывает всю подсистему.
Хотя по заключению экспертизы и стальные, и алюминиевые подсистемы имеют класс пожарной опасности К0, то есть не являются пожароопасными, на практике конструкции из алюминиевых сплавов способствуют распространению огня. Стальные конструкции, наоборот, отличаются высокой огнеупорностью. При пожаре они не горят, не плавятся и таким образом останавливают пожар.
В защиту алюминиевых подсистем скажем, что их производители пытаются бороться с этим изъяном: вводят в конструкцию дополнительные элементы

В поисках нового шоссейного байка вы будете удивлены разнообразием выбора. Существует множество факторов, по которым вам стоит отфильтровать свой выбор, от цены и комплектующих элементов, стиля езды до личной преданности определенному брэнду и даже цвету.

Иногда выбор велосипеда основан на выборе материала, из которого изготовлена рама велосипеда. Шоссейные байки делают в основном из четырех материалов: сталь, алюминий, титан и карбоновое волокно, - а материал, как известно, может влиять на качество и стиль езды, так что неплохо было бы знать основные принципы и разницу прежде, чем вы сделаете выбор.

Для некоторых выбор материала так же важен, как и перечень экипировки и цена, т.к. разные материалы предназначены для разных типов езды. Рама - сердце вашего нового шоссейного велосипеда, и основной бюджет уходит именно на неё, и большую роль играет здесь именно материал, поэтому выбор должен быть тщательно продуман.

Ниже расскажем об основных преимуществах каждого материала, что поможет вам сделать правильный выбор.

Алюминий

Алюминий - самый популярный материал, используемый изначально для шоссейных велосипедов по доступной цене. Он идеально подходит для изготовления велосипедных рам, т.к. обеспечивает ей жесткость и легкость. Долгое время алюминиевые рамы несправедливо клеймили как небезопасные и некомфортные для поездок, но жесткость зависит от дизайна - последние алюминиевые рамы развеивают мифы о своей ненадежности и предлагают мягкие поездки.

Хотя алюминий у большинства больших брэндов может считаться свойственным только велосипедам начального уровня, существует множество первосортных опций, так что не сбрасывайте его со счетов только потому, что он используется для шоссейных велосипедов начального уровня. Просто взгляните на супер легкий Kinesis Aethein (фото ниже) или новый Specialized Allez, как образец использования высококлассного алюминия.

Честно сказать, алюминий сейчас на пике своей популярности. Некоторые производители продвигают его с целью получить самые легкие рамы, и разумные покупатели осознают, что за те же деньги получают приличное качество. Примером является иконический Cannondale CAAD12 (и предыдущая версия CAAD10), а также много других. В соотношении цены и качества тяжело придумать лучший вариант, чем алюминий.

Покупайте алюминий, если вы ограничены бюджетом и хотите получить легкую и жесткую раму для гонок или лучшую подборку характеристик за свои деньги.

Сталь

В прошедшие годы сталь была единственным материалом, поэтому выбор велосипеда был относительно прост. В наши дни у нынешнего поколения сталь все еще имеет место быть, она славится своей плавностью во время езды, именно поэтому велотуристы все еще склоняются к ней, но последние стальные рамы возродили интерес к высокопроизводительным стальным шоссейникам и даже к гоночным велосипедам, как доказали Volare 953 команды Madison-Genesis пару лет назад. Сегодня сталь используется небольшим количеством производителей, но в действительности с ней просто работать, и сталь стала выбором развивающейся индустрии изготовления на заказ. Если вы хотите раму по своим размерам, сталь - хороший вариант.

Последние стальные рамы, намного легче и жестче, чем были ранее, и стали достойной альтернативой карбону и алюминию.

Покупайте сталь, если вы хотите раму на заказ или хотите улучшить качество гладкой езды, невзирая на лишний вес.

Титан

Титан - высоко востребованный материал, благодаря высокой прочности и амортизации. Он также легче стали, крепче алюминия и имеет анти-коррозийные свойства, а тот факт, что поверхность можно полировать, значит, что он долговечен, компенсируя высокую стоимость свойствами материала, хотя он и не настолько дорогой, как лет двадцать назад.

Титан может использоваться в самых лучших скоростных велосипедах, а также на великах, созданных для комфортных поездок на длинные дистанции с багажом или без него, как например, Sabbath September (на фото).

Большинство титановых рам делают из труб 3AL-2.5V (где к титану примешивается 3% алюминия и 2,5% ванадия), а титановый сплав 6Al-4V более высокого класса, можно увидеть на более дорогостоящих велосипедах.

Покупайте титан, если хотите получить долговечный и легковесный велосипед и обеспечить себе мягкие поездки.

Карбоновое волокно

Для многих велосипедистов не существует других вариантов, кроме карбонового волокна. В мире гонок это - преимущественно используемый материал, он самый легкий и жесткий из всех четырех материалов для рам, но он также может быть и самым дорогостоящим. В последние годы цены на рамы сильно упали, и теперь вы можете купить карбоновый велик за доступную цену.

Карбон - самый гибкий из материалов, а аэродинамика шоссейных великов дает возможность стать универсальным, как у этого Trek Madone.

Тем не менее, рамы из карбонового волокна не делаются по каким то общепринятым стандартам. Существенная разница между дешевым и дорогим карбоновым волокном, вплоть до типов используемых волокон, в том, как они изготавливаются, а также в других важных воздействующих факторах. Карбоновое волокно легко используется дизайнерами для создания рам с определенными характеристиками, будь то легкий вес, комфорт, жесткость.

Покупайте карбон, если хотите получить самый легкий и жесткий шоссейный велосипед, который только можно купить за деньги, или же если хотите быть быстры как ветер.

Свойства и качество сталей оценивают рядом технических ха-рактеристик, основными из которых являются механические свой-ства и химический состав, регламентируемые соответствующими ГОСТами и ТУ.

К основным показателям механических свойств относят: проч-ность, упругость и пластичность, склонность к хрупкому разрушению.

Прочность — сопротивляемость внешним силовым воздей-ствиям.

Упругость —свойство восстанавливать первоначальное состо-яние после снятия нагрузки.

Пластичность — свойство получать остаточные деформации после снятия нагрузки.

Хрупкость — разрушение материала при малых деформациях в пределах упругой работы.

Прочность, упругость и пластичность стали определяют испы-танием на растяжение специальных образцов. Полученная при этом диаграмма показывает зависимость между напряжениями и дефор-мацией.

Важнейшими показателями механических свойств стали явля-ются предел текучести — (R y), временное сопротивление (предел прочности — R u) и относительное удлинение (ε). Предел текучести и временное сопротивление характеризуют прочность стали, отно-сительное удлинение — пластические свойства стали.

Диаграмма растяжения алюминиевых сплавов и стали

1 — чистый алюминий; 2 — АМгб; 3 — ABT1; 4 — Д16Т; 5 — сталь марки ВСтЗ

До достижения стандартным образцом из малоуглеродистой стали напряжений, равных пределу текучести, материал работает практи-чески упруго. Затем в нем развиваются большие деформации при постоянном напряжении. В результате образуется площадка текуче-сти (горизонтальный участок диаграммы на рисунке выше). Когда относи-тельное удлинение достигает 2,5%, текучесть материала прекраща-ется, и он снова может оказывать сопротивление деформациям. Эту стадию работы стали называют cmadueit самоупрочнения, в ней ма-териал работает как упругопластический. У других сталей переход в пластическую стадию происходит постепенно (нет площадки теку-чести). Пределом текучести для них считают напряжение, при кото-ром остаточная деформация достигает 0,2%, т. е. σ у = σ 0,2 .

Предельную сопротивляемость материала, характеризующую его прочность, определяют наибольшим условным напряжением в процессе разрушения (отношение разрушающей нагрузки к перво-начальной площади сечения образца). Это напряжение называют временным сопротивлением (пределом прочности).

Наибольшее напряжение в материале, при котором начинается отклонение от прямолинейной зависимости между напряжениями и деформациями, называют пределам пропорциональности σ еt .

Склонность стали к переходу в хрупкое состояние, ее чувстви-тельность к различным повреждениям определяют испытаниями на ударную вязкость.

Механические характеристики стали зависят от температуры, при которой они работают. При нагревании стали до t = 250 °С свой-ства ее меняются слабо, однако при дальнейшем повышении тем-пературы сталь становится хрупкой. Отрицательные температуры повышают хрупкость стали, что особенно важно учитывать при стро-ительстве в районах Крайнего Севера. Малоуглеродистые стали ста-новятся хрупкими при температурах ниже минус 45 °С, низколеги-рованные — при температурах ниже минус 60 °С.

Химический состав стали. Такой состав характеризуется про-центным содержанием в ней различных добавок и примесей. Угле-род повышает предел текучести и прочности стали, однако снижа-ет пластичность и свариваемость. В связи с этим в строительстве применяют только малоуглеродистые стали. Специальное введение в сталь различных примесей (легирующих добавок) улучшает не-которые свойства стали.

Кремний (обозначается буквой С) раскисляет сталь, поэтому его количество возрастает от кипящей к спокойной стали. Он увеличивает прочность стали, однако несколько ухудшает свариваемость, стойкость против коррозии и значительно снижает ударную вязкость. Вредное влияние кремния компенсируется повышенным содержанием марган-ца. Марганец (Г) — увеличивает прочность стали, незначительно снижая ее пластичность. Медь (Д) — несколько повышает прочность ста-ли и увеличивает стойкость ее против коррозии, но способствует старению стали. Алюминий (Ю) —хорошо раскисляет сталь, нейтрализует вредное влияние фосфора, повышает ударную вязкость. Значительно повышает механические свойства введение в сталь таких легирующих добавок, как никель (Н), хром (X), ванадий (Ф), вольфрам (В) и др. Однако применение этих добавок в сталях, используемых в инженер-ных конструкциях, ограничивается их дефицитностью и высокой стоимостью.

Некоторые примеси являются вредными для сталей. Так, фос-фор резко уменьшает пластичность и ударную вязкость стали, де-лает ее хрупкой при низких температурах. Сера несколько снижает прочность стали и, главное, способствует образованию трещин при сварке. Кислород, водород и азот, попадая в расплавленный металл из воздуха, ухудшают структуру стали, увеличивая ее хрупкость.

В зависимости от механических свойств (σ u , σ у), все стали ус-ловно делят на три группы — обычной, повышенной и высокой прочности. Для сталей обычной прочности используют малоугле-родистые стали, для сталей повышенной и высокой прочности — низколегированные и среднелегированные.

В зависимости от предъявляемых требований по испытаниям на ударную вязкость, малоуглеродистая сталь разделена на шесть категорий, для каждой из которых нормируются химический состав, значения временного сопротивления, относительного удлинения и требования к испытанию на холодный загиб.

Для гидротехнических сооружений, мостов и других особо от-ветственных конструкций предназначены малоуглеродистые стали марки М16С и марки 16Д.

Стали повышенной и высокой прочности (низколегированные и среднелегированные) поставляются по ГОСТам и специальным техническим условиям. Наименование марок легированных сталей в определенной мере отражает их химический состав. Первые две цифры показывают среднее содержание углерода в сотых долях процента, следующие далее буквы русского алфавита обозначают легирующие добавки. Цифра после буквы показывает содержание добавки в процентах с округлением до целых значений. Если коли-чество легирующих добавок 0,3-1%, то цифра не ставится. Содер-жание добавки менее 0,3% не отмечается. Все стали повышенной и высокой прочности поставляются с гарантией механических свойств и химического состава. В зависимости от нормируемых свойств согласно ГОСТу стали подразделяются на 15 категорий.

Примеры обозначения: сталь 14Г2 имеет среднее содержание угле-рода 0,14%, марганца (Г) до 2%; сталь 15ХСНД— углерода 0,15%, хрома (X), кремния (С), никеля (Н) и меди (Д) 0,3-1% каждого.

В целях экономии металла прокат из углеродистой стали марок СтЗ, СтЗГСпс и низколегированной стали марок 09Г2,09Г2С и 14Г2 поставляют по 2 группам прочности (например, ВСтЗсп5-1 и ВСтЗсп5-2). Отличаются такие стали различным браковочным уров-нем предела текучести и временного сопротивления, и в связи с этим расчетными сопротивлениями. Более высокие расчетные характе-ристики имеют стали, отнесенные ко второй группе прочности.

Выбор марки стали определяет надежность и стоимость конст-рукции, удобство изготовления, длительность нормальной ее эксп-луатации, количество, объем и стоимость работ по содержанию кон-струкции, в том числе и по защите от коррозии.

Марку стали, если по условиям эксплуатации конструкций не выдвигается специальных требований, выбирают на основании ва-риантного проектирования и технико-экономического анализа.

Прочность материала характеризуется небольшим напряжени-ем, при достижении которого начинается процесс разрушения об-разца. Это напряжение называют временным сопротивлением или пределом прочности.

При увеличении прочности стали заметно уменьшается площад-ка текучести, а для некоторых сталей характерно полное ее отсут-ствие. Это свойство снижает надежность стали, увеличивая ее склон-ность к хрупкому разрушению.

Для растяжения, сжатия и изгиба при работе в упругой стадии расчетные сопротивления R y , определяют по нормативному значе-нию по формуле:

где R yn — нормативное значение, МПа; γ m — коэффициент надеж-ности по материалу (1,025-1,15).