Легированные стали, известные под жаргонным названием "хромомолибденовые", появились в рамостроении на границе первой и второй четвертей 20 века и сразу же заявили о себе победами в велоспорте. Вес рам 2-3 кг. С начала 50-х по середину 80-х годов негласным стандартом в профессиональном велоспорте были рамы из баттированных бесшовных труб из легированных хромомолибденовых сталей. Когда не указывается конкретный "набор" труб (tubeset), это означает, что используется так называемая 4130 сталь.
Название, например, Reynolds 953 - это внутризаводское название "набора" труб, в этом названии кроются технологии,толщина и назначение.
В соответствии с упомянутой классификацией стальных сплавов, 4130 - стальной сплав, содержащий следующие легирующие компоненты: 0,28-0,33% углерода, 0,8-1,1% хрома, 0,4-0,6% марганца, 0,15-0,25% молибдена, 0,15-0,25% кремния.Остальное - железо. Содержание углерода в стали 4130 - такое же как в стали 1030, однако наличие других легирующих примесей обуславливает значимое различие их свойств, главным из которых будет увеличение пределов прочности и упругости. Пределы прочности и упругости составляют соответственно 561 и 361 МН/м2. Эти значения не намного превышают пределы прочности и упругости стали 1040, однако сталь 4130 отличается меньшим содержанием углерода, большей коррозийной стойкостью и может применяется при изготовлении достаточно дорогих рам. Широко применяются переменный профиль, баттинг и гидроформинг .
Отечественный аналог стали CroMo 4130, из которого делали легендарные шоссейные рамы своего времени - сталь марки 30ХМА. (0.3% углерода, 0.17 - 0.37 кремния, 0.4 - 0.7 марганца, до 0.3 никеля, 0.8 - 1.1 хрома, 0.15 - 0.25 молибдена). Сварка таких сталей возможна при определённой подготовке (сварка подогретых до +120 труб) и последующей термообработке.
В мире существует несколько фирм, основное занятие которых - производство труб специально для велосипедных рам. Их названия широко известны, они дорожат своей репутацией и, если вы приобретаете раму, изготовленную из труб такого производителя, качество, как правило, "на высоте". Известны случаи подделки труб известных производителей.
Среди фирм-производителей качественных труб из стальных сплавов можно назвать Tange (Япония), Columbus и Dedacciai (Италия), True Temper (США), Reynolds (Англия). Каждая из перечисленных в списке фирм выпускает отличные трубы и имеет своих "поклонников".
Форму труб делают различной для придания различных свойств в разных плоскостях - см. сопромат. Жёсткость круглого и квадратного сечения при изгибе в обоих плоскостях равна, а прямоугольного и овального разная - в направлении бОльшей длины она больше. Поэтому трубы часто делают овальными - сбоку мы видим более длинную ось овала, для вертикальной жёсткости. В квадратном сечении больше материала - вероятно, он ещё прочнее, надо сопромат смотреть. А вот шоссейнику важна горизонтальная жёсткость - видели, как они финишируют? Педалируя и раскачивая велосипед? Вот и надо, чтобы он не изгибался.
Толщина максимально облегчённых стальных труб (гоночные наборы труб Рейнольдс) достигает минимальной величины всего 0.3-0.4 мм. Вообще приличная стальная рама весит совсем ненамного тяжелее алюминиевой, но тем не менее, алюминиевые рамы сильно потеснили сталь, потому что...
1. Алюминий меньше корродирует.
2. Алюминий почти втрое легче стали и достаточно прочен. Сталь гораздо твёрже, но тут нам этого и не надо. Если алюминиевая труба имеет стенку 1 мм, то сталь для такой же лёгкости должна иметь 0.35 мм - это очень мало, возникает опасность смятия, с этим можно мириться на гоночной раме, но не на массовой. В силу веса - если создать трубу со стенкой 0.5 мм, то алюминиевая будет иметь почти втрое больший диаметр, и как следствие - иметь жёсткость почти в 27 раз больше, т.к. жёсткость растёт пропорционально кубу диаметра. Самое то для велоспорта - где важен КПД педалирования. Но на такой жёсткой раме без амортизаторов не айс, поэтому для дюралевых и рекомендована амортизационная вилка. Соответственно плюс стальных - они немного пружинят и "сглаживают" неровности. У титана, если не ошибаюсь, "пружинность" может быть выражена ещё сильнее, вплоть до создания рам БЕЗ НИЖНИХ ПЕРЬЕВ, ход "подвески" заднего колеса 40 мм. Пример - софттейл Cannondale Scalpel.
Недостаток - если дюраль треснул, то разрушается он быстрее стали. Именно поэтому ресурс стальных рам выше - грубо говоря, 10 и 30 лет по данным одного сайта, хотя в любом случае - как ездишь, так и служит.
В силу "мягкости" сталь и титан сейчас - хороший вариант для туризма, где КПД до долей процента не так важен, как гонщикам.
( Приведённый вес рам довольно примерный, взят с сайтов, причём я думаю, речь шла не о самых лучших рамах для применения типа кросс-кантри.)
Надеюсь, все понимают, что под словом "алюминий", если речь идёт о велосипедах, подразумевается дюралюминий (т.е. сплав алюминия с добавками), а не чистый металл?
А ЧИСТЫЙ алюминий в промышленности практически не применяется (как и чистое железо) - слишком мягкий. Наверняка даже в проводах он с добавками.
Плотность карбона 1,7 грамма на кубический сантиметр. Сталь - 7,85. Титан - 4,5. Дюраль - 2,7. Магний - 1,7. Бериллий - 1,8. Да-да, есть и такие экзотические материалы рам, про которые многие даже не подозревали. Цена бериллиевой рамы - порядка 6000$. А знаете, что бывают рамы (вроде карбоновые), которые ажурные, наподобие башенного крана, который "составлен" из треугольников? Во мыть запаришься...
Вес лучших образцов кросс-кантрийных рам - во всяком случае тех, которые не вызывают больших опасений за прочность - порядка 1,25-1,35 кг (дюраль и титан). Для шоссейника - ещё меньше, но раму весом менее 1 кг (особенно кантрийную) трогать-то страшно, по отзывам знающих людей. Рекорд веса кросс-кантрийника - менее 6 кг, шоссейника менее 4,5 . Уж не знаю, как у них с прочностью...
В плане разной жёсткости в разных сечениях и направлениях (анизотропия :atr: ) карбон - вообще волшебная штука. Опять же, много ли работников хорошо знают, что такое карбон? Это "чулок" из углепластиковых нитей, залитый своего рода смолой и так спечённый. Как расположим нити - такие свойства в разных направлениях и будут. Плюсы - лёгкость и жёсткость, минусы - хрупкость, цена и абсолютная неремонтопригодность, а также малый ресурс (как у любого изделия гоночного назначения, в общем-то). В нём не нарезают резьбу - делают вставки из металлов и делают в них. Существуют комбинированные рамы - частью металл, частью карбон, собранные на клею. (Не канцелярском).
Вообще ремонтопригодность рам - понятие относительное. Если сталь довольно просто сваривается, то дюраль, магний и титан - гораздо сложнее, к тому же если делать реально качественный ремонт - в любом случае нужен рентгеновский контроль шва и снятие остаточных напряжений термообработкой, что влечёт за собой полную перекраску. Т.е. во многих случаях (если рама не стоила как автомобиль и не раритет) проще купить новую раму... Достаточно ремонтопригодными можно назвать рамы, в которых трубы не сварены между собой, а соединены пайкой с помощью узлов, удерживающих трубы вместе - они спаяны припоями, температура плавления которых намного ниже таковой у материала трубы. Если рама безузловой пайки - то для того, чтобы её распаять, заменить трубу и спаять - нужен стапель (читай завод-производитель).
Вот примерно так, а то все -" хромоль, хромоль...