因应中国铝工业应用的快速发展,交通用铝对降低能源损耗和提高国民生活质量起到越来越重要的作用,而交通运输领域的轻量化趋势给铝工业也带来了新的机会与挑战。
2005年6月25日~28日,由中国有色金属工业协会、重庆市人民政府、中国铝业公司主办,北京安泰科信息开发有限公司、西南铝业(集团)有限公司举办的“2005年中国交通用铝国际研讨会”在重庆举行。在研讨会上,中铝公司、西南铝、东北轻合金、美铝、欧洲铝协等24家铝工业界知名企业发表了相关论文与演讲,下文是我司涂总经理发表的题为“自行车用铝市场与生产现状”的演讲,文中分析了自行车用铝的现状,并对未来铝材料在自行车业应用的发展趋势做了科学的预测。作为自行车铝工业材全国最大的供应商,文中所列举的事实依据具有很典型的代表意义。
本次研讨会在铝工业届引起了热烈的反响,并取得了预计的效果。
1、自行车材料的衍变
经历了近200年的时间,自行车开始走向设计个性化、功能综合化、自重轻量化、操纵方便化、款式多样化,自行车材料也进入了多材料并存的格局,碳钢、铬钼钢、铝合金、钛合金、镁合金、碳纤维材料均有不同程度的应用,并最终会向复合材料及高强度轻合金材料转变。
自90年代以来,铝材在自行车业的应用进入了飞速发展阶段。台湾出口的整车中,铝合金零件所占比例1980年只有4.7%,1993年为8.9%,从1995年到2001年却从10%跃升到70%,而且依然出现整体成长之趋势,这当然与台湾自行车的转型有关,即从多档次产品转向高档产品;
中国大陆虽然铝合金自行车发展较迟,但近几年也出现强劲增长之趋势。自行车配件的铝挤型也有相应的增长。这与中国自行车产品整体层次的提升有关。
2、自行车铝材应用的现状分析
2.1 自行车为什么选择铝合金作为其基材?
a)铝合金的轻质为最重要的特性,也是自行车行业青睐的重要原因。
自行车速度和重量成反比关系,重量每降低10%,人力功效提高7%。为提高人力工效,降低整车重量就成了提高自行车功效的关键因素。
b)铝合金良好的吸震功能。铝材弹性模量低于铬钼钢,用铝材制成的车架能够最大限度地吸收来自于地面的震动。
c)铝合金表面良好的色彩表现效果极大地满足了消费者对色彩的需求
铝合金因轻质、强度适中、加工便捷、阳极后耐蚀性佳而被自行车业界所广泛利用。
2.2 自行车市场现状及发展趋势
a)少量多样化。目前自行车也进入了DIY时代,满足不同客户在功能、样式、规格方面的需要成为自行车厂商力争的卖点。
b)中国成为全球自行车主要生产基地。2003年中国自行车产量高达7452.5万台,占世界65%份额;2004年全国自行车产量7972.16万辆,同比增长6.97%;而中国又划分为以广东为主的华南生产中心、以天津为主的华北生产中心以及以江浙为主的华东生产中心。2004年,天津共生产了自行车2671万辆,广东为2400万辆;
同时,电动车迅猛发展,98年全国电动车产量5.8万辆,99年达14万辆,2000年为29万辆,2002年为158万辆,而2003年为400万辆,2004年为675.71万辆,同比增长69.05%。
数据显示,自行车需求增长已趋减缓,其中电动车需求增长旺盛可谓自行车行业的一大冲击;
2.3 自行车铝合金的应用实践
2.3.1自行车用铝材的牌号及挤压机的选择
目前自行车铝管外径大都在16mm~72mm之间,相应的挤压机吨位也在600T~1800T之间。
自行车材质的选择通常会考虑其稳定性、热处理的经济性、比强度以及价格。目前的实践如下:
车架
铝合金在自行车材料上的运用上均选用焊接性良好的热处理合金(铝镁硅合金与铝镁锌合金),这些合金中最具代表性的是6061与7005这两种热处理型的铝合金,强度适中,塑性及焊接性良好,可说是车架界的最佳选择。
铝圈
铝圈在材料选择时需充分考虑其对强度、钢性、拉力与外观的要求。目前普遍采用的还是6061、6063及6005,也有厂商在开发7005,但因其挤性较差,没有普遍推广。
铝圈因其表面比较光洁,摩擦性不好,对刹车有影响。现在有通过对双边研磨、车削或改变刹车片的材质来增加摩擦系数的。
2.3.2 铝合金在自行车行业应用中遇到的几大困境
a)铝合金专业技术人员不足导致了铝合金材料后续加工的一些困难,从而造成了一些品质问题。
b)自行车整车厂竞争激烈从而导致其通过对零配件厂商的竞相压价来降低成本,而配件厂也各出新招,甚至有直接用铸棒加工成齿轮,从而在后续应用中存在诸多品质问题。
c)部分消费者对铝合金材料的拒绝,当然这主要是因为价格因素,不过也存在消费者对材料特性的固有理解。
3 自行车铝材料之发展与研发趋势
随着自行车行业在外型上的不断求新求变,6061与7005已经难以满足市场的需求,所以很多工厂都在研发新的材料,譬如在7050的成分基础上加钪,在6000系、5000系基础上加上其它稀有金属,甚至有再加碳酸镁晶须,亦有以纳米铝为金属基,加陶瓷粉末等材料,亦有研发铝锂合金。
无论如何,铝合金材质在自行车行业的研究都是以更轻、更薄、更强,以及更高的延伸率为主轴进行开展的。
4 铝合金在自行车行业应用的前景展望
4.1 铝材在自行车业的比重将会出现进一步的增长趋势,但价格趋于稳定,行业利润呈现整体下降趋势;
4.2 自行车铝管在目前偏好的6000系列中会向本系高锰铜合金转移(如6013),虽然高锰铜合金有利于自行车的轻量化,但由于其挤型性较差,因此这些材质能否被自行车业所普遍使用还要依赖于挤压技术的发展。
4.3 6000系合金中增加微量元素以增强其性能,目前已经进入试验者视野的有钪、锗、高硅等,甚至有考虑陶瓷复合材料等。
4.4 7000系因其容易产生应力腐蚀的缺陷影响了其在自行车行业中的使用,其将逐渐被6000系之材质所取代。
5 总结
铝合金对自行车业的贡献是有目共睹的,由于合金设计已趋多样化,配合加工技术的提升,尔后自行车材料依赖铝合金可望正面的成长,预期有无止境的市场空间,但随竞争的进一步恶化,自行车铝材已趋微利。
目前有许多工业挤型厂纷纷推出利用已成熟的铝合金材质再稍微修改并添加微量元素如钪、钒、镧、铌……等去改善合金的性能作为自己的Know-how以推出更热门的产品,也普遍受到自行车业界的青睐。另外,应值得注意的是铝合金加温到330℃~500℃后其具备极强的塑性,因此利用热间液压成型技术(Hydro-Forming Process)来突破车架Frame零焊道是有待去研究的,而且没有任何其它材料可取代的。
总而言之,铝合金在自行车材料用途上将有一段很长的时间去开发与利用。