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鈦及鈦合金在自行車和輪椅中的應(yīng)用 |
| 來源：鈦，鈦合金，鈦棒，鈦板，鈦管，鈦絲 發(fā)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，鈦的應(yīng)用發(fā)展極快，但正當(dāng)這些小市場開始成熱時，在世界范圍內(nèi)鈦的應(yīng)用進(jìn)程減慢．
1 自行車車架
近幾年由于國防削減和飛機(jī)工業(yè)的起浮不定，使美國生產(chǎn)Ti-3厶l一2．5V管材的三家公司轉(zhuǎn)向自行車工業(yè)，但全世界生產(chǎn)的乃一3AI-2．5V自行車車架也不到三架波音747飛機(jī)用的鈦(130t)．目前有近50家公司生產(chǎn)鈦?zhàn)孕熊嚕澜?0％的全鈦車架來自幾個原設(shè)備生產(chǎn)廠家(OE)，剩余的10％的一半才是由美國自己生產(chǎn)，美國早巳是最大的鈦?zhàn)孕熊嚿a(chǎn)國和消費(fèi)國．
今年很可能是鈦車架銷售最高的一年，大概將生產(chǎn)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(dāng)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(zhì)量的管材生產(chǎn)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(yè)純鈦管和非航空用罰-3AI-2．SV(運(yùn)動級)鈦合金做成的車架頗受歡迎，一些運(yùn)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(dá)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(yè)比罰-3厶1—2．5V車架業(yè)發(fā)展得快，大部分部件是用Ti-6AI-4V生產(chǎn)的，部件的大多數(shù)是用棒材或板材機(jī)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(fā)展可能要比機(jī)加部件發(fā)展慢，鈦供應(yīng)商開始向鈦部件生產(chǎn)廠家提供便宜的材料，大多數(shù)這種低成本自行車級材料實(shí)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(chǎn)，大多數(shù)是用有縫工業(yè)純鈦管材生產(chǎn)的，輪椅總的鈦購買力約為15t．
目前在美國只有少數(shù)公司有足夠的研究開發(fā)經(jīng)費(fèi)開發(fā)鈦輪椅或購買材料．與較便宜的鋁輪椅相比，鈦輪椅的優(yōu)點(diǎn)不多，現(xiàn)在除了鈦螺釘、鈦螺栓外，鈦輪椅部件業(yè)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(guī)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(qū)動規(guī)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(fù)合材料(MMCs)的價格降下來的話，有可能成為目前一些鋁應(yīng)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(guān)鍵，使材料的選擇在某些方面復(fù)雜化，大多數(shù)運(yùn)輸工具，結(jié)構(gòu)元件與內(nèi)部設(shè)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(jié)構(gòu)完整性和懸置功能．現(xiàn)在還沒有一種鈦合金是特別為自行車設(shè)計(jì)的，僅一些材料被改良用于自行車，人們大多數(shù)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(jī)液壓系統(tǒng)研制的，但由于成形性、抗腐蝕性。高的疲勞強(qiáng)度與重量比和良好的延伸率使其符合自行車市場性能標(biāo)準(zhǔn)，與其它鈦合金相比，Ti-3Al-2.5V的最大優(yōu)點(diǎn)是屈服強(qiáng)度及管成形容易，缺點(diǎn)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(dǎo)地位是不容易的．Ti-6AI-4V也有一定的吸引力，它的模量和強(qiáng)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(qiáng)度上的提高的優(yōu)點(diǎn)．
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(cè)．但不傾側(cè)的車架引起行騎和操縱問題，這種車架行駛時發(fā)澀，另外生硬的車架經(jīng)常導(dǎo)致三只輪子觸地，這是因?yàn)榈孛娌黄交蚴擒嚰軐χ胁煌昝涝斐傻模惠喿又赜謱?dǎo)致輪椅不能很直地行駛，也不容易操縱．
正確設(shè)計(jì)的鈦輪椅具有靠扭轉(zhuǎn)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(fā)
如果鈦工業(yè)有興趣發(fā)展鈦合金體育用品業(yè)，包括自行車和輪椅，就不僅要對生產(chǎn)者宣傳，還要對產(chǎn)品的最終用戶進(jìn)行宣傳．70年代鈦車架失敗后，雖然由于Ti-3A1-2．5V管材的優(yōu)異性能使得鈦的聲譽(yù)有所提高，但它很容易受到目前進(jìn)入市場的便宜的工業(yè)純鈦車架的威脅，再加上有一些小公司生產(chǎn)的鈦車架，他們不具備創(chuàng)造成功鈦產(chǎn)品所必須的知識和資源，這些都會影響鈦在自行車工業(yè)及其它消費(fèi)品領(lǐng)域的聲譽(yù)，幾年前這種問題在帆船工業(yè)上已遇到過，使鈦在高技術(shù)帆船市場名聲掃地，鈦現(xiàn)在仍被有關(guān)當(dāng)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(fā)
由于自行車和輪椅業(yè)同帆船業(yè)一樣，其技術(shù)不如在航空工業(yè)上成熟，大多數(shù)公司在開發(fā)與研究上花費(fèi)的不如在銷售上的多，因此如果加工廠想給自行車生產(chǎn)廠推銷材料，就必須對研究盡一些責(zé)任．輪椅和自行車業(yè)100年來都是用鋼作為材料，需要改進(jìn)的方面極少，因此只有極少數(shù)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(chǎn)商對于怎樣生產(chǎn)一個耐用的自行車車架的了解得多得多．
大多數(shù)有關(guān)鈦合金在特殊應(yīng)用中的適用性的研究一直是航空生產(chǎn)者開展的工作，但自行車工業(yè)不能夠也不愿意在研究方面投資．因此鈦生產(chǎn)廠商如果想提高市場份額，他們必須支持消費(fèi)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程，向自行車和輪椅公司出售材料的公司必須認(rèn)識到長遠(yuǎn)的發(fā)展將來自教育是非常重要的． |
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