Materialeigenschaften

Welche Aluminiumlegierungen eignen sich am besten für Fahrradrahmen

Gewicht und Steifigkeit sind Faktoren, die die Leistung eines Fahrrads beeinflussen. Die Aluminiumlegierung 6061 wird traditionell beim Strangpressen von Rohren für Fahrradrahmen verwendet, da sich diese bestens für diese Anwendung eignet. Aber mit einer alternativen Legierung könnte es möglich sein, sowohl ein noch leichteres Rahmengewicht für ein leichteres Fahrrad zu erreichen als auch Ihren Produktionsprozess zu optimieren.

Die Legierung 6061, die Magnesium- und Siliziumanteile enthält, ist eine ausgezeichnete Wahl, wenn das Aluminiumprofil geschweißt werden muss, wie es bei Fahrradrahmen der Fall ist. Sie bietet Steifigkeit, Strukturfestigkeit und Zähigkeit, gute Korrosionsbeständigkeit und gute Bearbeitungseigenschaften.

Technisch gesehen kann die Legierung 6061 in der Norm EN 755-2 und im Zustand T6 eine Zugfestigkeit von >260 MPa und eine Streckgrenze von >240 MPa erreichen.

Sparen Sie sich einen Schritt im Herstellungsprozess von Fahrradrahmen 

Schauen wir uns den traditionellen Herstellungsprozess eines Aluminium-Fahrradrahmens mit der 6061-Legierung an, da diese Legierung für diese Anwendung am häufigsten verwendet wird.

• Strangpressen eines Aluminiumrohres. Die Dicke des Rohres und damit auch sein Gewicht wird entsprechend der Geometrie des Fahrradrahmens, den maximal zu erwartenden mechanischen Belastungen und den minimalen mechanischen Eigenschaften, die die Legierung erreichen kann, definiert.
• Glühen. Die extrudierten Rohre werden geglüht, wodurch sich ihre Fähigkeit, ohne Brechen verformt zu werden, erhöht wird. Dadurch wird die Bruchdehnung A auf ein höheres Niveau als die der nicht geglühten extrudierten Rohre verbessert. Die extrudierten Profile haben normalerweise eine Bruchdehnung von etwa 10-15%, aber nach dem Glühprozess kann diese Bruchdehnung etwa 25% erreichen.
• Prägen und/oder Hydroforming. Die Rohre des Rahmens werden nach dem Glühen durch Prägen oder Hydroforming geformt, um ihre endgültige Geometrie zu erhalten. Vor Erreichen ihrer endgültigen Geometrie können diese Rohre bis zu 60% verformt werden. Aus diesem Grund können mehrere Produktionszyklen des Glühens/Prägens erforderlich sein. Neuere Fahrräder haben immer komplexere Geometrien, die ein Material mit hohem Verformungsgrad ohne Ausfall erfordern. Bei einer festeren Legierung können die Zwischentempervorgänge vor dem Prägevorgang entfallen.
• Schweißen. Die Komponenten des Rahmens werden durch Schweißen zum kompletten Rahmen verbunden.
• Wärmebehandlung nach dem Schweißen und Tempern. Als Folge des Schweißprozesses nehmen die mechanischen Eigenschaften in den Wärmeeinflusszonen ab. Um diese Eigenschaften wiederherzustellen, muss der Rahmen thermisch behandelt werden. Diese Wärmebehandlung muss Lösungsglühen, Abschrecken und Tempern umfassen.
• Oberflächenveredelung. Nach der Wärmebehandlung werden die Rahmen lackiert, um das gewünschte Aussehen zu erhalten.

Ein leichterer Fahrradrahmen aus dünnem Aluminium

Weniger Aluminium, um den Rahmen des Fahrrads leichter zu machen und gleichzeitig die gewünschte Festigkeit und die mechanischen Eigenschaften und Charakteristik erreichen: Das erfordert wahrscheinlich die Verwendung einer anderen Legierung.

Aluminiumunternehmen entwickeln ständig neue Legierungen, indem sie bestehende Legierungen anpassen, um die spezifischen Bedürfnisse von Kunden in verschiedenen Branchen, wie beispielsweise der Automobilindustrie, zu erfüllen. Für Hersteller von Fahrradrahmen, die daran interessiert sind, ihre Prozesse zu optimieren und ihre Produkte leichter zu machen, würde eine solche Legierung eine hervorragende Umformbarkeit und hohe Festigkeit erfordern – eine Legierung, die für Herstellungsprozesse ausgelegt ist, die eine Glühphase vor dem Prägen oder Hydroformen beinhalten.

Bei einer solchen Legierung hätten die extrudierten Rohre für den Rahmen eine minimale Bruchdehnung von 25%, was bedeutet, dass der Zwischenglühschritt entfällt, wodurch die Vorlaufzeit und die Kosten reduziert werden.

Darüber hinaus könnte die maßgeschneiderte Legierung mit einer optimierten chemischen Zusammensetzung und metallurgischen Entwicklung mechanische Eigenschaften bieten, die die Legierung 6061 übertreffen. Nach der thermischen Behandlung durch Lösungsglühen, Abschrecken und Tempern könnte es eine Zugfestigkeit von 310 MPa und eine Streckgrenze von 295 MPa erreichen.

Dies würde das Design und die Produktion von Fahrradrahmen mit geringerer Wandstärke und geringerem Gewicht fördern – ein leichteres Fahrrad. Ein Fahrrad mit einem Rahmen, das sich von den anderen auf dem Markt unterscheidet.