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鈦及鈦合金在自行車和輪椅中的應用

來源:鈦,鈦合金,鈦棒,鈦板,鈦管,鈦絲 發布時間:2012-8-9 10:34:56
鈦用于自行車和輪椅車架是在80年代中期形成,的應用發展極快,但正當這些小市場開始成熱時,在世界范圍內鈦的應用進程減慢.
                                    
    1 自行車車架
                                 
    近幾年由于國防削減和飛機工業的起浮不定,使美國生產Ti-3厶l一2.5V管材的三家公司轉向自行車工業,但全世界生產的乃一3AI-2.5V自行車車架也不到三架波音747飛機用的鈦(130t).目前有近50家公司生產鈦自行車,全世界90%的全鈦車架來自幾個原設備生產廠家(OE),剩余的10%的一半才是由美國自己生產,美國早巳是最大的鈦自行車生產國和消費國.
                                 
    今年很可能是鈦車架銷售最高的一年,大概將生產17000副鈦車架,總重量約27\材料價格500萬美元,包括全鈦管材、棒和板.
                                 
    當越來越多的騎自行車者開始明白鈦的好處時,卻感到囊中羞澀,用航空質量的管材生產的Ti-3Al-2.5V車架,每副價格在1600和3 500美元之間,整個自行車賣價從2 400美元到6000美元.在過去四年里,工業純鈦管和非航空用罰-3AI-2.SV(運動級)鈦合金做成的車架頗受歡迎,一些運動級鈦車架零售最低價格每副1000美元,整個自行車最低價1700美元。1985年車架用鈦的購買力是零,1990年約達150萬美元,到1995年末,購買力約為500萬美元.
                                   
    2 自行車部件
                                 
    自行車部件是指連接在車架上的曲軸定位器、腳踏,車把等,鈦部件業比罰-3厶1—2.5V車架業發展得快,大部分部件是用Ti-6AI-4V生產的,部件的大多數是用棒材或板材機加工出來的.部件用Ti-6A1-4V的購買力只是Ti-3衄一2.5V車架的1/3,1997年約10t。鑄造部件可SB越來越常見,但這方面的發展可能要比機加部件發展慢,鈦供應商開始向鈦部件生產廠家提供便宜的材料,大多數這種低成本自行車級材料實際上是被淘汰的航空材料.
                                   
    3 輪椅車架和部件
                                 
    輪椅市場在許多方面不同于自行車市場,最重要的差別是目前只有少量鈦輪椅車架的生產,大多數是用有縫工業純鈦管材生產的,輪椅總的鈦購買力約為15t.
                                 
    目前在美國只有少數公司有足夠的研究開發經費開發鈦輪椅或購買材料.與較便宜的鋁輪椅相比,鈦輪椅的優點不多,現在除了鈦螺釘、鈦螺栓外,鈦輪椅部件業還未形成,雖然有市場,但很小,只包括少量的消耗部件,至今市場規模不到100萬美元.
                                    
    4 材料要求
                                 
    緊湊、剛度好,重量輕是自行車和輪椅對驅動規范的一般要求,鈦往往不是最佳材料,而鍛鋁和鑄鋁更受歡迎,如果鈦金屬基體復合材料(MMCs)的價格降下來的話,有可能成為目前一些鋁應用市場的替代物.
                                 
    自行車架 
                             
    車架的材料要求很簡單,但行駛特性尤為關鍵,使材料的選擇在某些方面復雜化,大多數運輸工具,結構元件與內部設施和操作元件是分離的,直到最近,所有自行車車架要求具有結構完整性和懸置功能.現在還沒有一種鈦合金是特別為自行車設計的,僅一些材料被改良用于自行車,人們大多數考慮的是降低成本問題,而接受鈦部件面對的主要問題是剛性而不是成本.
                                 
    Ti-3Al-2..5V是自行車最常用的鈦合金,雖然它是為飛機液壓系統研制的,但由于成形性、抗腐蝕性。高的疲勞強度與重量比和良好的延伸率使其符合自行車市場性能標準,與其它鈦合金相比,Ti-3Al-2.5V的最大優點是屈服強度及管成形容易,缺點是其價格和模量與密度比差.要想把Ti-3Al-2.5V擠出作為車架材料的主導地位是不容易的.Ti-6AI-4V也有一定的吸引力,它的模量和強度都比Ti-3Al-2.5V高一些,但加工成自行車架那樣小直徑的管材困難.Ti一15V-3Al一6Cr-4Mo-4Zr也容易成型,但其密度較高,模量較低抵消了它在強度上的提高的優點.
                                 
    輪椅車架
                             
    輪椅車架材料與自行車車架基本一樣是鋁、碳纖維,鈦和鋼等材料,乾椅車架要盡可能的不傾側.但不傾側的車架引起行騎和操縱問題,這種車架行駛時發澀,另外生硬的車架經常導致三只輪子觸地,這是因為地面不平或是車架對中不完美造成的,而三只輪子著地又導致輪椅不能很直地行駛,也不容易操縱.
                                 
     正確設計的鈦輪椅具有靠扭轉靈活性采改善牽引、操縱和使用者疲勞等,鈦還具有回彈能力.盡管Ti-15V一3Al-6Cr-4Mo一4Zr的密度較高,但其彎曲特性,使之與Ti-3/%1-2.5V一樣有吸弓1力,其次它的較低的模量與Ti-3Al-2.53/車架相比使之靈活性和舒服性提高.
                                    
    5 市場開發
                                 
    如果鈦工業有興趣發展鈦合金體育用品業,包括自行車和輪椅,就不僅要對生產者宣傳,還要對產品的最終用戶進行宣傳.70年代鈦車架失敗后,雖然由于Ti-3A1-2.5V管材的優異性能使得鈦的聲譽有所提高,但它很容易受到目前進入市場的便宜的工業純鈦車架的威脅,再加上有一些小公司生產的鈦車架,他們不具備創造成功鈦產品所必須的知識和資源,這些都會影響鈦在自行車工業及其它消費品領域的聲譽,幾年前這種問題在帆船工業上已遇到過,使鈦在高技術帆船市場名聲掃地,鈦現在仍被有關當局禁止在比賽帆船上使用,這類問題完全可通過宣傳加以避免.
                                   
    6 研究與開發
                                 
    由于自行車和輪椅業同帆船業一樣,其技術不如在航空工業上成熟,大多數公司在開發與研究上花費的不如在銷售上的多,因此如果加工廠想給自行車生產廠推銷材料,就必須對研究盡一些責任.輪椅和自行車業100年來都是用鋼作為材料,需要改進的方面極少,因此只有極少數的工程師從事研究,一般來說,鋼自行車管材加工廠比車架生產商對于怎樣生產一個耐用的自行車車架的了解得多得多.
                                 
    大多數有關鈦合金在特殊應用中的適用性的研究一直是航空生產者開展的工作,但自行車工業不能夠也不愿意在研究方面投資.因此鈦生產廠商如果想提高市場份額,他們必須支持消費產品的設計過程,向自行車和輪椅公司出售材料的公司必須認識到長遠的發展將來自教育是非常重要的.
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