Рама велосипеда из алюминиевого сплава 6061

 Алюминиевые сплавы для велосипедных рам

Для изготовления рам велосипедов применяют несколько алюминиевых сплавов. Наиболее часто их делают из

  • алюминиевого сплава 6061 (аналога нашего АД33) и
  • алюминиевого сплава 7005 (аналога нашего 1915),

реже из

  • сплавов 6066, 6069 и 6013, а также
  • высокопрочных, но трудно свариваемых алюминиевых сплавов 2014 и 7075 – аналогов отечественных АК8 и В95.

Встречается в Сети и китайская реклама: «трубы велосипедные из алюминиевого сплава 6063-Т5».

Алюминиевый сплав 6061

Алюминиевый сплав 6061 – это полный аналог старого доброго отечественного сплава АД33 по ГОСТ 4784, как, впрочем, и сплав 7005 – аналог нашего 1915. Сплав 6061 — это стандартный конструкционный сплав, один самых популярных из сплавов серии 6ххх, после сплавов 6060 и 6063, конечно. Его ценят за довольно высокие прочностные свойства, высокие вязкие характеристики и хорошую свариваемость.

Как делают велосипедные рамы

Рассмотрим подробнее технологию изготовления велосипедных рам из алюминиевого сплава 6061. Она включает пять основных технологических переделов:

  • прессование и порезка в размер труб-заготовок;
  • формование;
  • подрезка труб «на ус»;
  • аргонно-дуговая сварка труб в раму;
  • термическая обработка рамы на состояние Т6.

Прессование труб из сплава 6061

Исходные трубы для рамы изготавливают методом прессования (экструзии). Прессованные трубы могут быть бесшовными и «шовными». Поскольку никто из производителей не указывает, какие это трубы, то, скорее всего, они именно «шовные», более дешевые.

Бесшовные трубы изготавливают из полых заготовок или при их прессовании сплошную заготовку прошивают иглой-оправкой. Эти трубы действительно «бесшовные», так как не имеют никаких скрытых продольных швов.

«Шовные» трубы изготавливают из сплошной заготовки на специальных матрицах, чаще всего типа «портхол» (porthole). В этой матрице поток металла разделяется на внутренней оправке на четыре потока, которые затем перед выходом из матрицы соединяются с образованием четырех продольных сварных швов. Хотя их и называют сварными швами, никакой обычной сварки там, конечно, нет. Это – так называемая сварка прессованием, которая происходит под воздействием высокой температуры и давления металла с специальных сварочных камерах матрицы. Правильно и качественно выполненные сварные швы совершенно не видны и их прочностные свойства практически не отличаются от основного материала.

Формовка алюминиевых труб

После операции формовки исходно круглые трубы получают более сложную и более «прочную» геометрическую форму: овальность сечения, переменная толщина стенок труб и тому подобное.

Овальную форму обычно получают технологией гидроформинга: помещением трубы в специальную матрицу и закачкой внутрь ее под высоким давлением воды или масла.

Баттинг (от английского «butting») – это утолщение стенки трубы в критических сечениях и утонения – в малонагруженных. Производится путем холодного волочения — накатки изнутри трубы специальными оправками.

Подрезка алюминиевых труб «в ус»

Чтобы легко и надежно сварить трубы в раму их необходимо «хитро» и точно подрезать. После такой подрезки две трубы стыкуются друг с другом совершенно без зазоров. Это делается на специальных машинах, которые обеспечивают чистый и точный рез.

Сварка алюминиевых труб

Для соединения подрезанных труб в единую конструкцию чаще всего применяют сварку, для труб из алюминиевого сплава 6061 – аргонно-дуговую. При аргонно-дуговой сварке необходимое тепло получают между неплавящимся вольфрамовым электродом и свариваемым изделием. Для предотвращения окисления зоны сварки применяется инертный газ, аргон. Аргонно-дуговая сварка хорошо подходит для сваривания тонкостенных труб и, кроме того, она дает аккуратные сварные швы. Для сварки сплава 6061 чаще всего применяют сварочную проволоку из сплава 4043 (в международном обозначении) с содержанием кремния около 5 %, отечественным аналогом которого является сварочный сплав СвАК5 по ГОСТ 4784.

Зона термического влияния сварки

Главным последствием сварки является изменение физических свойств основного металла и шва из-за разогрева в зоне сварки. В этой небольшой зоне вблизи сварного шва, которая  называется зоной термического влияния, происходит наибольшее ухудшение механических свойств, в частности, усталостной прочности.

Сильный нагрев приводит изменению структуры алюминиевого сплава – росту выделений вторичных фаз. Это укрупнение выделений снижает прочностные характеристики материала, такие как предел прочности при растяжении, на 30-35 %.  Например, если предел прочности при растяжении сплава 6061 до сварки составлял около 310 МПа, то после сварки он снижается до 185 МПа.

Термическая обработка  рамы из сплава 6061

После того, как рамы сварены, их подвергают термической обработке для восстановления механических свойств термически упрочненного сплава 6061, которые были потеряны при сварке. Обычно это термическая обработка на состояние Т6. Она состоит из трех этапов:

  • нагрев под закалку: нагрев до 530 °С с выдержкой около 1 часа для получения твердого раствора в алюминии всех легирующих элементов, в случае алюминиевого сплава 6061 — магния и кремния;
  • закалка: быстрое охлаждение до комнатной температуры для задержки легирующих элементов в твердом растворе;
  • искусственное старение: нагрев до 175 °С с выдержкой в течение 8 часов для выделения мелких дисперсных выделений упрочняющей фазы.

После такой термической обработки сплав получает состояние Т6 и полное обозначение алюминиевого сплава 6061 принимает вид: 6061-Т6.