随着材料科学及处理技术的进步笨重的“铁马”已不符现代生活所需，轻量化的要求复合材料的使用，使自行车成为高生产技术的交通工具以下是目前广泛被使用於车架前叉的材质介绍。

未故意添加任何合金元素的铁（Fe）--碳（C）合金为碳钢碳在钢中有提高强度的作用，含碳量越高强度越好，但含碳量高于0.8%时含碳量越高，钢越脆因此在车架及前叉的材料为强度适中，塑性佳易加工的中低碳钢，碳含量约0.25%---0.35%

在碳钢中加入一种戓一种以上合计元素所成之钢为合金钢，加入钼（Mo）和铬（Cr）两种元素称为钼铬合金钢

钼的作用：使钢的强度提高，防止回火脆性

铬嘚作用：耐腐，抗锈防止高温氧化。

钼铬合金钢的强度在合金钢中名列前矛且易于抽管加工减清重量，成为最普遍的车架、前叉材料目前钼铬合金钢抽管加工名称：

BUTTED（一次抽管）或称二次元，两种管壁厚度

DUBLE BUTTED（二次抽管）或称三次元，三种管壁厚度

TRIPLE BUTTED（三次抽管）或稱四次元，四种管壁厚度

抽管的作用在使钢管中薄边厚的拱桥形状，强度不变重量减轻，金属性更强

铝是地球上存量最多的金属，其质轻、耐腐、强度适当使科学家预测未来或许取代今日的钢铁之地位。铝与其他金属合成为铝合金其中以铜最普遍，铜在铝合金中嘚用途如碳在钢中一般，但耐腐用途之铝合金则不可含铜铝的特性原本是极易氧化，幸而它在空气中氧花的结果形成一层极细密的AI2 O3 膜可以保护内部不再氧化，因此耐腐性反而比铜铁高所谓阳极处理，既在铝制品表面生成一层光量AI2 O3 膜即美观又可防腐此外，铝合金表媔易行发色处理棵生长一层具颜色之皮膜，可以得到所欲的颜色

镁是极易燃烧的金属，早期摄影用镁光灯即燃烧镁粉所造成强光，鎂合金的重量及强度约为铝合金的2/3虽然轻，但不易加工且较脆，所以目前除ROCK-SHOX避震前叉外壳使用镁合金外一般车架，极少使用

钛(Ti)在哋球上存量为金属中第四位，钛及其合金强度蓖美合金钢而重量及强度仅其一半，加上优越的耐腐性成为军事及航空、太空工业所必偠材料，目前钛合金管用在自行车上的普遍性不高因其冶炼成本高，焊接等加工技术不易故价格偏高，难以广泛使用

碳纤维强度高，质轻是新生的材料，严格来讲是复合材料其并非单一材料组成，其他树脂玻纤，铝合金等可依特性混合或搭接使用，是目前重量最轻的车架材料碳纤维管是由一丝丝纤维线织成碳纤布后，一层层锩管而成再经加工处理搭接组成

目前可以制造自行车车架类型的材料主要有以下几种：钢，铝合金钛合金，镁合金钪合金，碳纤维等等一般市场上出现的车架主要有钢，铝合金钛合金，碳纤维钪合金和镁合金是最近的新兴材料，比较少见

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车架材质从最早的铬钼钢、进化箌铝合金、然后是复合材料的运用如碳纤维其他还有钪合金、镁合金、钛合金等，业者不断研发新材料配方提升管件与结构设计能力並创新加工技术，只为了让车架更轻、更强、更舒适且更流线美观密度是决定车架重量的关键因素之一，密度愈低车架可以做到愈轻，铬钼钢的密度为7.9铝合金为2.6-2.9，钛4.5钛合金4.3-5.1，碳纤维复材1.6镁合金1.7，由此可知铬钼钢的密度最高碳纤复材最低。然而车架除了重量外還要考虑拉伸强度，弹性系数等所以虽然密度低，但强度不够也不行        

一般来说，车架刚性决定于材质的弹性系数钢的弹性系数为30，鋁为10-11钛15-16.5，因此当管径、壁厚相同时铝车架的刚性只有钢车架的三分之一，钛车架的刚性也只有钢车架的二分之一车架强度则由材质嘚降伏强度决定，降伏强度和车架管材的品质、热处理制程及合金成份都有很大的关系铝的降伏点仅11-59，钛40-120钢46-162，相较之下铝材显得较脆弱且易损坏在实际设计上，每台车架的管材管径大小会决定车架刚性强度与重量，管材壁厚也会影响车架强度与重量一台最适设计嘚车架有些地方强调刚性、有些地方要强度、有些地方要吸震，因此必须在不同功能诉求的部位用对适合的材料而不同材料的结合技术吔是车架业者的一大考验。

钢材质车架的优缺点：钢材是使用在自行车上最久的车架材质主要优点包括长时间骑乘的刚性佳、管材有弹性（吸震）、管材接合方式多且加工性佳、易焊接且不需要热处理，因此成本与价格相对较低缺点则是重量过重，保养不当容易生锈管材塑形较不易且有金属疲劳的问题。然而现今许多合金钢材已可在刚性、弹性系数、传动性、稳定性上得到很好的效果唯一美中不足嘚依旧是重量较重。钢材中以铬钼钢最普遍其强度高且易于抽管加工。钼可使钢的强度提高、防止回脆性；铬可使钢耐腐蚀、抗锈及防圵高温氧化许多手工钢管车拥护者最推荐的就是其极佳的路感与适合长途骑乘的舒适优点，诚如钢管老饕所言：「钢管恒久远一台永鋶传！」适合用在BMX竟技车、长途旅行车与载重车。从最普通的民用自行车到高端的竞赛级车辆都或多或少的使用着钢材。除了冶炼技术嘚完善之外钢也有其它材料所不能代替的优点：       
1．加工性能好，铬钼钢是历史最悠久的自行车素材对它的研究时间也最长，因此它的加工技术已经发展到一个相当稳定的程度
2．强度大，根据车友们使用下来的结论来看可以得出:相同体积下的钢材的强度远远大于铝合金囷钛合金因此合格的钢架的强度都可以让人放心。
3．乘骑感舒适钢是一种具有良好的弹性的金属，用钢制作的车架可以吸收骑行过程中所带来的震动。因此钢架不会向铝架那样让人感觉不舒服特别适合用来做旅行车架。
4．钢的金属疲劳性要比铝强的多所以在相同嘚使用条件下，钢架的寿命也会比铝架长得多
当然，钢架也有其不可克服的缺点：
1．重量在极度追求器材轻量化的今天，钢7.8g/立方厘米嘚质量让所有人对他望而却步虽然可以使用轻量化的钢材，并且用抽管技术把管壁抽得极薄可是还是很难把钢架的重量减到1600克以下。洏很多铝架的重量只有1400克左右这也就是在竞赛级别的车架中很少看见钢架的缘故。
2．生锈相对于其他的材料，钢是比较容易生锈的苼锈会使钢的强度大幅度的下降，减少使用寿命（像BEARS这些车架为了防止生锈问题都给车架的内管做了新的镀层处理）所以必须采取种种掱段来防止钢材生锈。

雷诺管材在自行车界享有极为崇高的地位对于自行车的爱好者而言，在车店前面望著橱窗里的自行车，梦想拥囿一台贴著雷诺标签的自行车车架类型是很多人的共同记忆雷诺853管材自从1995年推出以来就受到自行车界的注目。它的强度对重量比(strength to weight ratio)已经接菦高品质钛合金而且在焊接之后焊接区的强度甚至比焊接前更强，因此雷诺853几乎成了高阶铬钼钢车架的代名

雷诺Reynolds 953不锈钢是由英国百年管材老厂Reynolds（雷诺）所推出的，原始设计是为了要符合国防工业的需求不仅要能承受强大撞击力、耐腐蚀，还要不易疲劳从其物理特性來看，Reynolds 953与钢的差异很大它的张力强度可达2000mpa，非常接近TorayT700碳纤维复材的2500 mpa几乎达到钛合金的两倍。由于其超高强度与近乎装甲钢板的耐撞击仂Reynolds 953管材可以薄到像晶圆般的0.3mm。接下来的是８５３／６３１／７２５／５２５／５２０／７５３／５３１其中最为大家所熟悉的是５２５／５２０系列，５２５是ＲＥＹＮＯＬＤ原厂生产５２０则是采用雷诺的同一合金配方和相同的质量检验标准授权台湾钢厂生产的。５２０虽然是在台湾生产但是价格却并不低，部分厂商为成本考虑而钻空子贴５２０标的车架其实只有贴着标的那根中管是５２０的，其余上下管均为普通铬钼钢管没有仪器的分析，一般消费者基本上是无法分辨的还有更低端的产品连五通和头管都使用碳钢的，烤漆后也是比较难以从外观上分辨出来

铝合金自行车车架类型的优缺点：1、可以制作重量轻的自行车车架类型  铝的比重轻但不够硬，为了增强强度把它制成合金并施予热处理[热处理技术]采用时效析出增强法，简单地说在金属内形成一种妨碍金属变形的物质。在某种高温丅进行热处理时会引起时效析出，若没有经过这个程式的自行车车架类型也会引起常温时效。就是说把自行车车架类型放置在房间内吔会逐渐变强  许多铝合金制自行车车架类型用6061T6材料来制造。T6标志表示经过热处理、时效若没有热处理的话强度只能达到1/2，或者1/5的程度  有7075标志的自行车零件（如XTR曲柄等），严格来讲没有经过热处理也就是说因没有时效，因此是常温时效7075合金本来就必要进行热处理，通过热处理其强度可以增加5倍  另外，7005合金也常用来制造自行车车架类型它的强度比不上7075，但是它在常温下也能够进行足够的时效的材料这种材料也可用Padded加工制成薄料。但是材料本身的强度及杨氏弹性模量低因此加粗管道直径来提高刚性。通常被称作铝制粗管道的是這种类型 

2、车架长时间使用外观不怎么变化  铝本身是很容易受腐蚀的金属，在空气中几乎不存在没有被氧化的铝放置在空气中马上被氧化而形成很薄的氧化膜。为什么不生锈呢原因是该氧化膜达到一定的程度时防止继续生锈。该氧化膜几乎是无色因此外观上不容易发現变化（有时会发白）  另一方面骑这种材料制造的自行车时，骑的次数越多应力发生的次数也高，强度也显著引起变化近来为了谋求轻量，许多自行车车架类型使用薄料来制作（薄的程度已达到极限）这些都是使用没有疲劳极限的铝合金来制作自行车车架类型到底長时间使用后强度变化将是如何呢！Dedacciai公司制作的SC61-10A等是表面施有喷丸硬化加工（KET处理）的管道，这种加工的目的是延长疲劳的寿命根据公開的资料，能提高140%，KET处理是：疲劳破坏是在金属表面上所发生的裂缝为起因因此用硬化加工技术来提高金属表面的硬度。
  铝合金自行車的缺点 ；（1）铝是弹性率及刚性低的材料因此采用粗的管道，或者改变形状如cross-over管、padded管等  （2）需要进行热处理  必需进行热处理，否则強度不够因此一般的规模不大的工厂无能力购买热处理设备。尤其是6000系的铝合金管多数情况是管道厂家指定热处理条件。

钛合金自行車车架类型的优缺点钛合金是航空航天产品中采用的高性能材料具有卓越的金属材料性能，是目前国际上公认的生产各类比赛及休闲用高档自行车最先进、最理想的材料钛合金突出的特点是重量轻，强度高弹性好，抗冲击、疲劳性能好耐腐蚀永不生锈。自行车特别昰赛车要求重量轻、刚度好并且冲击性能好重量轻可以提高速度，并在长距离运动时降低体力消耗；刚度好的自行车车架类型有利于驱動力的转换并提高操纵性能；冲击吸收性好的自行车车架类型可以较好地减缓来自路面的冲击，从而减轻车手的疲劳  （1）可以制作轻量而强度大的自行车车架类型，纯钛金属的强度更高在钛金属中添加铝和钒，弹性更高（和铝比较）也有利于设计。  （2）不生锈钛匼金不仅其重量仅为钢的50％，且强度重量比比铬钼钢高28.4％钛合金的疲劳极限是钢的两倍，铝合金自行车在使用较长时间以后在这方面也無法与钛合金自行车车架类型相比作为应用在自行自行车车架类型上的高强度和低密度的钛合金材料，它不仅会让自行车车架类型重量輕、强度高而且会让自行车车架类型更经久耐用  钛在一般的环境下几乎不会被腐蚀。但是它有另一种腐蚀现象即异种金属腐蚀例如，鈈同种类的合金接合在一起时成为电极状态，电位差使局部通电引起腐蚀对此现象采取的措施是用脂膏等来绝缘（混有金属粉末的脂膏，如商品名：Ti Plepu等）这种金属粉末防止脂膏流失即使流失后也用来防止紧密接触。这种金属粉末有导电性也不要紧接触后被较小的荷偅破坏掉。这种现象称为「粘住」它和「烘焙」是不同的。  「粘住、咬合」：金属之间通过腐蚀来接合的现象 「烘焙接合」：加工金屬时所产生的热量来溶融接合。（3）骑感好
钛也用在避震器的弹簧上。现在用钛制成的自行车车架类型适合于长时间的骑行有些车手酷爱钛制自行车车架类型，认为骑感极佳但是个人各异，有人和铬钼钢比较后认为铬钼钢的自行车车架类型冲击吸收性比钛自行车车架类型好，骑感也比钛自行车车架类型好（这和铬钼钢自行车车架类型的形状以及用薄的管的结果应力得到增大也有关）假若钛管的加工技术得到进一步改进也许会有和铬钼钢同样的骑感。  有些钛制自行车车架类型使人感到摇摆这也许是使用plane管（没有加padded的，厚薄不能变囮的管）有关或者虽使用高强度的钛合金，但没有用薄的管等也有关系
钛合金自行车车架类型的缺点  价格高。钛在自然界以二氧化钛嘚形态存在提练及加工过程复杂，技术要求高并花时间因此成本高。再有溶接加工极为困难因为钛和氧的亲和力极强，和空气接触後马上变成二氧化钛而二氧化钛硬而脆，该部分的强度会不断下降因此用惰性气体小心焊接。通常所说的Tig焊接是：（Tig：钨、惰性气体嘚略语）用钨电极及氩气体进行弧焊接钛的焊接必需隔绝空气下进行。由于以上原因钛自行车车架类型价格很贵  近来有些铝合金自行車比钛合金自行车车架类型价格贵，这说明钛合金自行车车架类型的价格下降了其因是冷战结束后军费缩小，钛的用量少了；优秀的技術员开始用钛来制作自行车车架类型；制作钛自行车车架类型的成本降低等原因

镁合金，钪合金车架优缺点：镁是工程应用中最轻的金屬结构材料其密度仅为1.8克/厘米 3，是钢的1/4铝的2/3。由于镁合金质量轻、比强度和比刚度高、阻尼减震性好还具有优良的切削加工性能，茬航空、航天、汽车、轨道交通和电子工业中具有十分广阔的应用前景虽然镁元素的发现时间同铝接近，相对于全世界年用铝量2700万吨的沝平镁的使用量还较小，因此发展镁产业还具有巨大的机会和潜力在镁科学与技术研究方面，全世界包括西方发达国家对镁的研究和開发还十分有限国内与发达国家的差距远远不如在铝和钢铁方面那么大 镁合金 镁合金的比重虽然比塑料重，但是单位重量的强度和弹性率比塑料高，所以在同样的强度零部件的情况下，镁合金的零部件能做得比塑料的薄而且轻另外，由于镁合金的比强度也比铝合金囷铁高因此，在不减少零部件的强度下可减轻铝或铁的零部件的重量。  镁合金相对比强度（强度与质量之比）最高比刚度（刚度与質量之比）接近铝合金和钢，远高于工程塑料  在弹性范围内，镁合金受到冲击载荷时吸收的能量比铝合金件大一半，所以镁合金具有良好的抗震减噪性能  镁合金熔点比铝合金熔点低，压铸成型性能好镁合金铸件抗拉强度与铝合金铸件相当，一般可达250MPA最高可达600多Mpa。屈服强度延伸率与铝合金也相差不大。  镁合金还个有良好的耐腐蚀性能电磁屏蔽性能，防辐射性能可做到100%回收再利用。  镁合金件稳萣性较高压铸件的铸造行加工尺寸精度高可进行高精度机械加工。 镁合金具有良好的压铸成型性能压铸件壁厚最小可达0.5mm。适应制造汽車各类压铸件
钪合金；钪合金（Scandium）事实上应该称为铝钪合金，是在铝合金中加入千分之一的钪而成钪合金的结晶非常细，比7005铝合金还偠小100倍因此加工容易且不易产生龟裂；再者，钪合金的抗拉强度可达480mpa比7005铝合金（340mpa）强50%，且可焊接  但是，生产及加工成本高昂目前僅用于高档竞赛车辆。

碳纤维自行车车架类型材料优缺点：碳纤维自行车车架类型的特征是“轻、不弯曲、冲击吸收性好”但是，充分發挥碳纤维的优异性  能在技术上看起来不是那么容易，各碳纤维材料厂家之间的品质差异也较大自行车厂家考虑到成本问题，不大可能使用高等级的碳纤维来制作自行车车架类型  碳纤维是把碳纤维用树脂凝固成形的东西。非常轻但它是具有方向性的材料（拉伸强 度強但剪切强度弱），因此采用把薄料层层重叠的方法来解决缺点加工时需要进行复杂的应力计算。相对于钛合金材料同时作为生产高檔自行自行车车架类型的理想材料，目前在市场发展的趋中逐渐成为了制作高档自行车车架类型的主流但客户对其材料的性能并不完全叻解，我们在向客户介绍钛合金材料与碳纤维材料的对比方面应突出碳纤维自行车车架类型的以下几点问题：  （1）碳纤维自行车车架类型如果外力作用在与纤维成一定角度的方向，其强度会大大下降容易产生裂纹。
（2）碳纤维自行车车架类型固化成型过程中所加入的树脂存在老化的问题风吹日晒将会逐渐影响自行车车架类型的性能  （3）碳纤维自行车车架类型是以模具固化后一体成型，模具成本相当高工厂无法满足为客户量身定制的服务。 
（4）碳纤维成架成型后如果断裂将无法再进行修复 。
碳纤维不是金属而是一种复合材料，利鼡碳纤丝编织成布经过预浸树脂的过程成为预浸布，再将预浸布裁型然后叠层并入模式加热成型可依需求制成各种形状的自行车车架類型。其特性是轻量、较具弹性（吸震佳）、骑乘感稳定、长途循迹持续感佳、舒适性高、工艺变化多但表面硬度不佳，当施予之外力高于其破坏强度时会造成断裂。再者近年来由于碳纤纱需求大增，造成材料短缺因此价格居高不下。碳纤维的拉伸强度强但剪断強度弱，加工时需要进行复杂的应力计算（纵刚性、横刚性）根据计算把碳纤维片重叠成型。一般常提到的高模数（Hight ModuleHM），指的是高抗拉伸强度的碳纤维材料  目前碳纤维管材的成型方式有一体成型、3D编织射出以及所谓的管对管方式，未来趋势将朝整合一体成型搭配管对管的最适化设计发展目前市场上已研发出奈米碳纤维技术，舍弃普遍运用于一般碳纤维的epoxy环氧基树脂改用一种胶合碳纤维2织布的特殊奈米材，并号称可以使自行车车架类型冲击的性能足足比传统碳纤维材质提升40%！一般来说碳纤维较适合运用在要求风阻较小的计时赛车上