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钛及钛合金在自行车和轮椅中的应用 |
| 来源：钛，钛合金，钛棒，钛板，钛管，钛丝 发布时间：2012-8-9 10:34:56 |
钛用于自行车和轮椅车架是在80年代中期形成，钛的应用发展极快，但正当这些小市场开始成热时，在世界范围内钛的应用进程减慢．
1 自行车车架
近几年由于国防削减和飞机工业的起浮不定，使美国生产Ti-3厶l一2．5V管材的三家公司转向自行车工业，但全世界生产的乃一3AI-2．5V自行车车架也不到三架波音747飞机用的钛(130t)．目前有近50家公司生产钛自行车，全世界90％的全钛车架来自几个原设备生产厂家(OE)，剩余的10％的一半才是由美国自己生产，美国早巳是最大的钛自行车生产国和消费国．
今年很可能是钛车架销售最高的一年，大概将生产17000副钛车架，总重量约27＼材料价格500万美元，包括全钛管材、棒和板．
当越来越多的骑自行车者开始明白钛的好处时，却感到囊中羞涩，用航空质量的管材生产的Ti-3Al-2．5V车架，每副价格在1600和3 500美元之间，整个自行车卖价从2 400美元到6000美元．在过去四年里，工业纯钛管和非航空用罚-3AI-2．SV(运动级)钛合金做成的车架颇受欢迎，一些运动级钛车架零售最低价格每副1000美元，整个自行车最低价1700美元。1985年车架用钛的购买力是零，1990年约达150万美元，到1995年末，购买力约为500万美元．
2 自行车部件
自行车部件是指连接在车架上的曲轴定位器、脚踏，车把等，钛部件业比罚-3厶1—2．5V车架业发展得快，大部分部件是用Ti-6AI-4V生产的，部件的大多数是用棒材或板材机加工出来的．部件用Ti-6A1-4V的购买力只是Ti-3衄一2．5V车架的1／3，1997年约10t。铸造部件可SB越来越常见，但这方面的发展可能要比机加部件发展慢，钛供应商开始向钛部件生产厂家提供便宜的材料，大多数这种低成本自行车级材料实际上是被淘汰的航空材料．
3 轮椅车架和部件
轮椅市场在许多方面不同于自行车市场，最重要的差别是目前只有少量钛轮椅车架的生产，大多数是用有缝工业纯钛管材生产的，轮椅总的钛购买力约为15t．
目前在美国只有少数公司有足够的研究开发经费开发钛轮椅或购买材料．与较便宜的铝轮椅相比，钛轮椅的优点不多，现在除了钛螺钉、钛螺栓外，钛轮椅部件业还未形成，虽然有市场，但很小，只包括少量的消耗部件，至今市场规模不到100万美元．
4 材料要求
紧凑、刚度好，重量轻是自行车和轮椅对驱动规范的一般要求，钛往往不是最佳材料，而锻铝和铸铝更受欢迎，如果钛金属基体复合材料(MMCs)的价格降下来的话，有可能成为目前一些铝应用市场的替代物．
自行车架
车架的材料要求很简单，但行驶特性尤为关键，使材料的选择在某些方面复杂化，大多数运输工具，结构元件与内部设施和操作元件是分离的，直到最近，所有自行车车架要求具有结构完整性和悬置功能．现在还没有一种钛合金是特别为自行车设计的，仅一些材料被改良用于自行车，人们大多数考虑的是降低成本问题，而接受钛部件面对的主要问题是刚性而不是成本．
Ti-3Al-2..5V是自行车最常用的钛合金，虽然它是为飞机液压系统研制的，但由于成形性、抗腐蚀性。高的疲劳强度与重量比和良好的延伸率使其符合自行车市场性能标准，与其它钛合金相比，Ti-3Al-2.5V的最大优点是屈服强度及管成形容易，缺点是其价格和模量与密度比差．要想把Ti-3Al-2.5V挤出作为车架材料的主导地位是不容易的．Ti-6AI-4V也有一定的吸引力，它的模量和强度都比Ti-3Al-2.5V高一些，但加工成自行车架那样小直径的管材困难．Ti一15V-3Al一6Cr-4Mo-4Zr也容易成型，但其密度较高，模量较低抵消了它在强度上的提高的优点．
轮椅车架
轮椅车架材料与自行车车架基本一样是铝、碳纤维，钛和钢等材料，乾椅车架要尽可能的不倾侧．但不倾侧的车架引起行骑和操纵问题，这种车架行驶时发涩，另外生硬的车架经常导致三只轮子触地，这是因为地面不平或是车架对中不完美造成的，而三只轮子着地又导致轮椅不能很直地行驶，也不容易操纵．
正确设计的钛轮椅具有靠扭转灵活性采改善牵引、操纵和使用者疲劳等，钛还具有回弹能力．尽管Ti-15V一3Al-6Cr-4Mo一4Zr的密度较高，但其弯曲特性，使之与Ti-3／％1-2．5V一样有吸弓1力，其次它的较低的模量与Ti-3Al-2．53／车架相比使之灵活性和舒服性提高．
5 市场开发
如果钛工业有兴趣发展钛合金体育用品业，包括自行车和轮椅，就不仅要对生产者宣传，还要对产品的最终用户进行宣传．70年代钛车架失败后，虽然由于Ti-3A1-2．5V管材的优异性能使得钛的声誉有所提高，但它很容易受到目前进入市场的便宜的工业纯钛车架的威胁，再加上有一些小公司生产的钛车架，他们不具备创造成功钛产品所必须的知识和资源，这些都会影响钛在自行车工业及其它消费品领域的声誉，几年前这种问题在帆船工业上已遇到过，使钛在高技术帆船市场名声扫地，钛现在仍被有关当局禁止在比赛帆船上使用，这类问题完全可通过宣传加以避免．
6 研究与开发
由于自行车和轮椅业同帆船业一样，其技术不如在航空工业上成熟，大多数公司在开发与研究上花费的不如在销售上的多，因此如果加工厂想给自行车生产厂推销材料，就必须对研究尽一些责任．轮椅和自行车业100年来都是用钢作为材料，需要改进的方面极少，因此只有极少数的工程师从事研究，一般来说，钢自行车管材加工厂比车架生产商对于怎样生产一个耐用的自行车车架的了解得多得多．
大多数有关钛合金在特殊应用中的适用性的研究一直是航空生产者开展的工作，但自行车工业不能够也不愿意在研究方面投资．因此钛生产厂商如果想提高市场份额，他们必须支持消费产品的设计过程，向自行车和轮椅公司出售材料的公司必须认识到长远的发展将来自教育是非常重要的． |
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