自行車車架使用什麼材料有什麼講究？

有幾天沒答題了，今天來一發。
什麼材料，有什麼講究。
常見的自行車車架材料有：鋁合金、鋼、碳纖維、鈦合金。容我一樣一樣細稟。

鋁合金。先科普一下鋁合金的分類。
一系:1000系列鋁合金代表 1050、1060 、1100系列。在所有系列中1000系列屬於含鋁量最多的一個系列。純度可以達到99.00%以上。
二系:2000系列鋁合金代表2024、2A16（LY16）、 2A02（LY6）。2000系列鋁板的特點是硬度較高，其中以銅元素含量最高，大概在3-5%左右。2000系列鋁棒屬於航空鋁材，在常規工業中不常應用。
三系:3000系列鋁合金代表3003 、 3A21為主。我國3000系列鋁板生產工藝較為優秀。3000系列鋁棒是由錳元素為主要成分。含量在1.0-1.5之間，是一款防鏽功能較好的系列。
四系:4000系列鋁棒代表為4A01 4000系列的鋁板屬於含硅量較高的系列。通常硅含量在4.5-6.0%之間。屬建築用材料、機械零件鍛造用材、焊接材料。
五系:5000系列鋁合金代表5052、5005、5083、5A05系列。5000系列鋁棒屬於較常用的合金鋁板系列，主要元素為鎂，含鎂量在3-5%之間。又可以稱為鋁鎂合金。
六系:6000系列鋁合金代表6061 主要含有鎂和硅兩種元素，故集中了4000系列和5000系列的優點6061是一種冷處理鋁鍛造產品，適用於對抗腐蝕性、氧化性要求高的應用。可使用性好，容易塗層，加工性好。
七系:7000系列鋁合金代表7075 主要含有鋅元素。也屬於航空系列，是鋁鎂鋅銅合金,是可熱處理合金,屬於超硬鋁合金,有良好的耐磨性.也有良好的焊接性，但耐腐蝕性較差。
八系:8000系列鋁合金較為常用的為8011 屬於其他系列，大部分應用為鋁箔，生產鋁棒方面不太常用。
九系:9000系列鋁合金是備用合金。

6061和7005兩種鋁合金已經是發展的很成熟的鋁材。
6061主要摻雜1%鎂和0.6%的硅，
7005主要摻雜4.5%鋅和1.4%鎂，
T6是熱處理工藝，比如 6061-T6就是一隻經過T6熱處理的6061車架，因為經過熱處理鋁的強度會變大。
7005 T6 抗張度是 51000 PSI，（Pounds per square inch 磅/平方英寸）
6061 T6 抗張度是 45000 PSI，
7005 T6 伏降強度是 42000 PSI，
6061 T6 伏降強度是 40000 PSI，
這樣一看7005鋁比6061的鋁強度要大，但是6061鋁比7005鋁的韌性要好。
T6是20小時回火處理的標稱，還有10小時回火的T4熱處理等。

6系鋁材的特點是：中等強度，具有良好的塑性和優良的耐蝕性。特別是無應力腐蝕開裂傾向，其焊接性優良，耐蝕性及冷加工性好，是一種使用範圍廣、很有前途的合金。
7系鋁合金是另外一種常用的合金，品種繁多。它包含有鋅和鎂。比較常見的鋁合金中強度最好的就是7075合金，但是它無法進行焊接，而且它的抗腐蝕性相當差，多用於CNC切割，鋅在這系列中是主要合金元素，加上少許鎂合金可使材料能受熱處理，以達到非常高的強度特性。
以上特徵看出來，6系的鋁材其實更適合做車架或者其他需要焊接的鋁製品，而7系的鋁材以7075為代表的則更適合做牙盤這類一體成型不需要焊接的單體大強度鋁製品配件，比如牙盤碟片、把橫、把立等。

（CNC一體成形的牙盤，給RACEFACE打個廣告）

好的7005車架與一個製程最簡易的差異價格可以達到數倍，而車架上的漆料，品牌商的附加價值還能讓一個同製程的車架差異數倍，而7005也僅是比較常見的一類車架鋁合金，更高端的還有很多種車架合金，而鈧合金管則是鋁架中堪稱最高端的材料，因為個方面特性都更較其它鋁族合金來得優秀。

但其實，一些大品牌的高端車架使用的鋁合金都有自己獨特的配方，而不是這些常規的鋁合金。比如TREK大力宣傳的α-鉑鋁合金，據說更輕、強度更高，但是鬼知道是神馬玩意。再比如早年的捷安特ATX-860，使用了一種叫Cu92的材料製成的車架，據說實在鋁中加了百分之零點九二的銅。

（TREK elite 8.8車架，α-鉑鋁合金）

其實市面上並沒有7075鋁材的車架，就是因為這種鋁材無法進行焊接，車架上會出現的7系鋁材編號目前只有7005，多是MOSSO這類車架工廠所使用，製作前叉或者車架。而捷安特等技術更加成熟的工廠還是普遍使用6000或者6011的鋁材。
7005的鋁材於7075的最大區別就是能否焊接，但是7系鋁材的高強度特性還是不錯的優點。然後是從重量與原材料成本上看：如果按照同樣體積的實心鋁材原料塊來講，6061與7005兩種編號的鋁材肯定會存在重量與價格的差異，但是考慮到一個車架大概僅使用了不到2000g的鋁材原料，在這個比例下單單不同鋁材會產生的成本或者重量差異並不明顯。也不存在「7005的車架必定比6061的車架貴」的概念。

至於為什麼捷安特的車架普遍使用6000或者6011鋁材。這是因為他的加工工藝跟抽管技術都是國際上比較領先的。通過鍛造技巧與抽管的精度，可以最大限度的發揮6系鋁的可塑性優勢，並且在提升強度的同時降低其重量。捷安特的XTC TEAM、ANTHEM X、TRANCE X等系列中高檔車架就曾經都使用6000的鋁材，並同樣提供給騎乘者非常優秀的強度與性能。

綜上，對車架的強度、重量、壽命等更能起決定性作用的，應該是鋁材的生產和加工工藝。

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鋼，是對含碳量質量百分比介於0.02%至2.06%之間的鐵碳合金的統稱。
鋼架自行車多採用鉻鉬鋼材料，加入鉻和鉬兩種材料的合金鋼。鉬能夠使鋼的強度提高，防止回火 脆性。鉻能夠提高合金耐腐，抗銹，防止高溫氧化的能力。
目前鉬鉻合金鋼抽管加工名稱：
BUTTED（一次抽管）或稱二次元 ,兩種管壁厚度。
DUBLE BUTTED（二次抽管）或稱三次元 ，三種管壁厚度。
TRIPLE BUTTED（三次抽管）或稱四次元 ，四種管壁厚度。
抽管的作用在使鋼管中薄邊厚的拱橋形狀，強度不變，重量減輕，金屬性更強。
90年代以前，自行車車架以鉻鉬鋼製的為主流。它的扭曲性能及拉伸性能好，焊接時高溫也不會影響素材，價格便宜。但重量重，容易被氧化。近年來出現克服了它的欠點，發揮優點的新素材，鉻鉬鋼車架再次受到注目。
鋼材是使用在自行車上最久的車架材質，主要優點包括長時間騎乘的剛性佳、管材有彈性（吸震）、管材接合方式多且加工性佳、易焊接且不需要熱處理，因此成本與價格相對較低。缺點則是重量過重，保養不當容易生鏽，管材塑形較不易且有金屬疲勞的問題。然而現今許多合金鋼材已可在剛性、彈性係數、傳動性、穩定性上得到很好的效果，唯一美中不足的依舊是重量較重。鋼材中以鉻鉬鋼最普遍，其強度高且易於抽管加工。鉬可使鋼的強度提高、防止回脆性；鉻可使鋼耐腐蝕、抗銹及防止高溫氧化。

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碳纖維，是一種含碳量在95%以上的高強度、高模量纖維的新型纖維材料。它是由片狀石墨微晶等有機纖維沿纖維軸向方向堆砌而成，經碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料。碳纖維「外柔內剛」，質量比金屬鋁輕，但強度卻高於鋼鐵，並且具有耐腐蝕、高模量的特性，在國防軍工和民用方面都是重要材料。它不僅具有碳材料的固有本徵特性，又兼備紡織纖維的柔軟可加工性，是新一代增強纖維。（來自百度百科）

車架優點
碳纖維車架的特徵是：輕、鋼性好、衝擊吸收性好，但是，充分發揮碳纖維的優異性能，在技術上看起來不是那麼容易，各碳纖維材料廠家之間的品質差異也較大。自行車廠家考慮到成本問題，不大可能使用高等級的碳纖維來製作車架。雖然存在上述的現實問題，但是碳纖維車架還是具有其他素材所沒有的優點，可以製造8、9kg左右的輕量自行車，這種碳纖維輕量自行車，登坡時最能體現其優點，登坡順利而爽快。
車架缺點
複雜的應力計算。構成碳纖維車架的是碳纖維，它的特點是拉伸強度強，但剪斷強度弱，加工時需要進行複雜的應力計算(縱剛性、橫剛性)，根據計算把碳纖維片重疊成型。加工技術各廠家各異，應選擇有經驗而可靠廠家的製品是很重要的。
老化。使用樹脂因此會不會老化？這是一個存在的課題，它放置在陽光下時會逐漸變白。當然這種現象關係到廠家的技術。最好不要放置在陽光下。
價格高。

————————————————————————————————————鈦合金，鈦是20世紀50年代發展起來的一種重要的結構金屬，鈦合金因具有強度高、耐蝕性好、耐熱性高等特點而被廣泛用於各個領域。
鈦合金的特性類似鋁合金與碳纖維的綜合，它有類似碳纖維的彈性，也有鋁合金般的輕巧與剛性，且而腐蝕不生鏽、騎乘感佳，但缺點是材料成本昂貴，因為鈦的提煉與加工過程複雜、焊接技術難度高，因此價格居高不下而無法普遍化，多用於小管徑的車架。一般車架多採用3AL、2.5V或6AL-4V的鈦合金。 鈦的比重比鋼輕55%，不容易氧化。為了提高拉伸強度，有混合鋁、釩等的鈦合金。
鈦(Ti)在地球上的存量為金屬中第四位，鈦及其合金，強度蓖美合金鋼而重量及強度僅其一半，加上優越的耐腐性，成為軍事及航空、太空工業所必要材料，目前鈦合金管用在自行車上的普遍性不高，因其冶煉成本高，焊接等加工技術不易，焊接要在真空中進行等加工複雜，故價格偏高，難以廣泛使用。

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扯了那麼多，各位看官肯定要問了，那我該怎麼選呢。看山地還是公路、看預算。碳纖維和鈦合金完全是土豪專用，雖然說碳架中也有比較便宜的低端碳架。
盜一張圖 @何宇豪

以上，望有所幫助。（轉載請私信）
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不放皮卡丘就沒贊么~~~

具體材料的話 @越南的答案已經很合適了。
車架主要無非是鋁、鋼、碳、鈦四種

關於使用上的講究
鋁：適合初級公路車及山地車，也有高端型號使用（諸如閃電E5鋁，caad等）。鋁合金的金屬疲勞性導致一般車架騎過10000公里就有明顯的差距。個人建議玩車玩的不是很深入，想買入門車的可以考慮此種材料。
鋼：適合長途旅行車、復古車型（公路/死飛）。鋼架的特點就是吸震性質好，路感舒適，便宜的鋼價車有missileR2400（公路車），海嘯鋼架。貴的有853管材的車。一般來說，如果要長途騎行，可選擇鋼架旅行車，如果比較喜歡鋼架的那種復古風，也可以組一輛鋼架公路/死飛。
碳：適合競技型公路車。碳的特點就是輕且強度大，非常適合輕量化要求很高的公路車。入門價位的有tcr c系列，高端價位的不用提了，各種大廠產品。相信玩到這個階段的人都會選擇了。
鈦：抱歉，這個材料我不是特別清楚。了解的相對較少。

自行車的車架最常用的材料為鋼和鋁。鋼製車架最便宜但重量也最重，容易生鏽。鋁製車架重量輕，但強度較弱，需要使用較粗的管徑才能達到與鋼管相同的強度。碳纖維車架的優點是能夠一體成型，不再需要焊接，但每個車架需要單獨製作模具，生產成本很高。最高端的車架採用鈦合金，具有重量輕、不生鏽、強度高等優點，但成本也最高。如ALUTECH SENNES PINION 德國高級手工26寸內變自由騎山地車就採用了鈦合金材料。