KHUNG HỢP KIM NHÔM LÀ GÌ? – CHẤT LIỆU KHUNG XE ĐẠP

Nhắc đến khung xe đạp, mọi người thường nghĩ ngay tới những từ như: mềm, cứng, bền, không đủ trọng lượng… Nhưng không phải ai cũng có thể phân biệt được những tính chất này. Bởi vì phần lớn người chơi xe không phải những vận động viên chuyên nghiệp hay chuyên gia về vật liệu. Họ cũng không thường xuyên đổi các loại xe khác nhau, nhưng họ thường hay thắc mắc rằng, tại sao cùng là khung xe, có loại mấy trăm nghìn, có loại lại lên tới mấy triệu, thậm chí mấy chục triệu? Ngoài thương hiệu ra, còn những yếu tố nào khác?

Khung xe đạp làm bằng chất liệu gì?

Khung xe đạp thường được làm từ bốn chất liệu chính: hợp kim nhôm, thép, titan và sợi carbon, trong đó phổ biến nhất là hợp kim nhôm và hợp kim thép. Ở đây cần lưu ý rằng, nhôm nguyên chất và thép nguyên chất không phù hợp để làm khung, vì chúng quá mềm. Thông thường những chất liệu nhôm và thép dùng để làm khung mà chúng ta vẫn biết thực chất là “hợp kim”. Khung xe đạp sợi carbon cũng đang ngày càng được nhiều những vận động viên chuyên nghiệp sử dụng vì chúng rất nhẹ.

Liên đoàn xe đạp Quốc tế quy định, trọng lượng xe mà vận động viên sử dụng để thi đấu không được nhẹ hơn 6,8kg, vì vậy việc sử dụng khung xe carbon nhằm giảm thiểu tối đa trọng lượng của xe nhưng vẫn giữ mức quy định trên 6,8kg là sự lựa chọn tốt nhất. Trái lại, titan không phải chất liệu được ưu tiên, do quy trình sản xuất phức tạp, khó hàn. Tuy nhiên với sự phổ biến của môn thể thao này, khung titan cũng đã dần được một số tay chơi xe sử dụng.

Với việc được sử dụng rộng rãi và phổ biến nhất, hợp kim nhôm vẫn là sự lựa chọn hàng đầu của những người chơi xe đạp. Sau đây chúng ta hãy cùng nhau đi tìm hiểu về chất liệu này.

Các lĩnh vực phân loại và ứng dụng của hợp kim nhôm thường được chia theo số lượng, có tổng cộng 9 nhóm (từ 1 đến 9), được đặt tên theo số La Mã, gồm 4 chữ số. Ví dụ như 1050 thuộc nhóm 1, lần lượt cho đến 6061. Xét về chất liệu, mỗi nhóm có các ứng dụng khác nhau.

• Nhóm 1 là nhôm nguyên chất, với hàm lượng trên 99%, do không có những chất liệu khác nên giá thành cũng rất rẻ.
• Hợp kim nhôm nhóm 2 được thêm 3-5% đồng, cứng hơn so với nhóm 1 và có tính đàn hồi nhất định. Thường được sử dụng trong ngành hàng không, chất liệu trên vỏ máy bay thường là hợp kim nhôm nhóm 2.
• Hợp kim nhôm nhóm 3 được thêm một lượng nhỏ man-gan, có khả năng tạo hình tốt, thường được dùng để làm khuôn tạo hình thức ăn, bể chứa loại to…
• Hợp kim nhôm nhóm 4 được thêm thành phần silic, giúp tăng khả năng chịu nhiệt, thường được dùng cho những thứ cần nhiều nhiệt năng, như bu-gi.
• Ở nhóm 5, hợp kim nhôm được thêm 3-5% magie, độ cứng được cải thiện đáng kể, độ đàn hồi cũng tốt, thường được sử dụng để làm những tấm khuôn. Ở Trung Quốc, hợp kim nhôm nhóm 5 được sử dụng rộng rãi nhất, từ đó giúp công nghệ gia công cũng phát triển tối ưu.
• Hợp kim nhôm nhóm 6 vừa có thêm silic, lại vừa có magie, nên độ cứng cũng được tăng lên. Đây là sản phẩm được thông qua quá trình nung đúc cẩn thận. Hợp kim nhôm 6061 mà những nhà chơi xe thường nhắc đến chính là mã tiêu biểu của nhóm 6. Chúng có độ bền cao và khả năng chống ăn mòn tốt.
• Đối với hợp kim nhôm nhóm 7, một số hợp kim nhôm 7075 có thêm kẽm và maige. Đây là một hợp kim siêu cứng với khả năng chống ăn mòn cao, nhưng hiện nay, công nghệ hợp kim nhôm nhóm 7 chưa được phát triển lắm ở Trung Quốc, đa phần vẫn phải nhập khẩu.
• Nhóm 8 và nhóm 9 tương đối hiếm. Nhóm 8 chủ yếu là những tấm giấy bạc thường được sử dụng phổ biến, còn dãy 9 được dùng để dự phòng cho những hợp kim nhôm mới có thể xuất hiện trong tương lai, nên hiện nay nó chưa được phân loại vào danh mục nào.

Từ đó có thể thấy, chất liệu hợp kim nhôm thường được dùng để làm khung xe đạp là nhóm 6 và nhóm 7, nhóm 5 cũng thường được dùng để sản xuất một vài linh kiện.

Trong quá trình gia công, hợp kim nhôm sẽ được chế tạo thành ống, không hề có một tiêu chuẩn quốc tế gì về hàm lượng nguyên tố vi lượng trong từng ống. Trong công nghệ sản xuất, rèn đúc, mỗi nhà sản xuất sẽ có một thủ thuật riêng về tỷ lệ hợp kim chứ không hề cố định. Ở đây chúng tôi sẽ lấy một ví dụ không liên quan đến xe đạp.

Những người am hiểu quân sự chắc hẳn đều biết rằng, máy bay chiến đấu Zero của Nhật trong Chiến tranh Thế giới II là một chiếc máy bay tương đối tốt, nó gần như không có đối thủ ở giai đoạn đầu của cuộc chiến tranh. Yếu tố then chốt lớn nhất dẫn đến thành công của chiếc máy bay này chính là Công ty Công nghiệp Kim loại Sumitomo của Nhật đã phát minh ra một loại hợp kim nhôm có độ bền cao, lúc ấy được đặt tên là “Kim loại 50 Feng”, loại hợp kim này còn bền hơn cả thép.

Vì vậy, người ta đã sử dụng nó để thiết kế ra chiếc khung máy bay Zero rất mỏng, thậm chí còn dám khoan lỗ trên đó để giảm trọng lượng, kích thước đinh tán cũng rất nhỏ. Việc này giúp giảm trọng lượng máy bay một cách đáng kể mà vẫn đảm bảo được độ bền, từ đó khiến nó trở nên bất khả chiến bại. Nếu không có chất liệu hợp kim nhôm này của Sumitomo thì chiếc máy bay Zero sẽ không thể được sản xuất.

Từ đó có thể thấy, mỗi nhà sản xuất đều có một bí quyết riêng về chất liệu hợp kim nhôm, công nghệ gia công, lượng nguyên tố vi lượng và quy trình rèn đúc. Cũng giống như Coca Cola có công thức bí mật mà người bình thường không bao giờ biết được.

Hầu hết khung của những chiếc xe đã được lắp ráp sẵn hay xe mua về tự lắp mà chúng ta thường thấy đều được làm từ chất liệu hợp kim nhôm 6061 và 7005. Một số nhà sản xuất sẽ ký hiệu lên khung xe đạp để chỉ rõ loại hợp kim nhôm được sử dụng là gì.

Khung xe đạp Lightning M5 ở hình trên được ghi chú trên phần khung trục giữa là có 5 chất liệu khác nhau: kẽm, silic, magie, đồng và nhôm. Vì vậy, giá thành của khung Lightning cũng khá đắt, và nó là một trong những chiếc khung thuộc dòng trung và cao cấp.

Công nghệ gia công ống khung

Từ những điều trên, chúng ta có thể thấy rằng, khung xe đạp chủ yếu được sử dụng hợp kim nhôm 6001 thuộc nhóm 6 hoặc 7005 thuộc nhóm 7. Ngoài việc mỗi nhà sản xuất có một “công thức bí mật” và công nghệ gia công khác nhau ra, vậy tại sao khung xe đạp có cùng chất liệu nhưng tại sao lại có giá thành và trọng lượng khác nhau? Câu trả lời chính là gia công thứ cấp của ống khung và gia công hàn.

Chúng ta vẫn thường nói khung xe đạp rất nhẹ, độ nhẹ này không phải do hợp kim nhôm quyết định, tiền đề của độ nhẹ là giảm trọng lượng càng nhiều càng tốt nhưng vẫn phải đảm bảo được độ bền. Một trong những công nghệ thường được sử dụng trong sản xuất khung xe đạp là “chống ống”, đây là một phương pháp giúp làm mỏng bề mặt ống, giảm trọng lượng mà không ảnh hưởng đến độ bền.

Thông thường, thuật ngữ “hai chống” hoặc “ba chống” để chỉ độ dày khác nhau trong một ống, thông qua quá trình chống ống, tạo ra khung xe đạp có hai hoặc ba phần có độ dày khác nhau. Những ai đang sử dụng loại khung xe đạp thuộc tầm trung hoặc cao cấp có thể thử quan sát khung xe của mình xem.

Lấy ví dụ như khung TFS, bạn thử lấy ngón tay gõ nhẹ lên phần gióng ngang, gióng nghiêng và gióng dọc sẽ thấy ba vị trí này có âm thanh khác nhau. Gióng nghiêng và gióng dọc có âm thanh rất đanh, còn gióng ngang âm thanh khá thiếu sống động. Nguyên lý ổn định của hình tam giác tạo bởi 3 gióng là, các vị trí không chịu lực có thể thiết kế ống khung mỏng hơn, còn các vị trí chịu lực cần được gia cố chắc chắn.

Công nghệ Hydroforming

Công nghệ chống ống giúp làm giảm phần nào trọng lượng khung xe, nhưng đồng thời cũng khiến độ bền bị giảm. Vì vậy để cải thiện độ bền, hầu hết các khung xe đạp hiện nay đều sử dụng công nghệ Hydroforming, làm thay đổi hình dạng ban đầu của ống tròn khung. Do nhôm có tính dẻo khá kém, vì vậy, công nghệ Hydroforming được sử dụng trên ống khung hợp kim nhôm là thích hợp nhất. Hydroforming khiến ống tròn biến thành các hình dạng khác nhau: hình quả trứng, hình tam giác… góp phần cải thiện độ bền khung xe.

Công nghệ này thường được sử dụng cho khung xe đạp của một số dòng trung và cao cấp. Ngoài ra, chúng ta còn thường thấy nó được ứng dụng trên phần phuộc sau và gióng nghiêng.

Do đó, việc những người chơi xe có những nhận định như: khung xe cứng, xe khỏe, thậm chí có có tác dụng giảm xóc khi vào cua…, phần lớn là do công nghệ chống ống, hydroforming và một số công nghệ chủ chốt khác.

Gia công hàn khung xe đạp

Đối với hợp kim nhôm, quá trình hàn thường là hàn khí argon, vì các mối hàn trông giống như vảy cá nên còn thường được gọi là hàn vảy cá. Đối với hàn hợp kim nhôm, thường gặp khó khăn trong quá trình gia công, đó là nhôm dễ bị oxy hóa khi tiếp xúc với không khí, dễ tạo thành oxit nhôm, gây khó khăn cho quá trình hàn, dễ gây ra xỉ hàn, bọt khí và lỗ khí. Do đó, lớp oxit nhôm này phải được loại bỏ trong quá trình hàn. Từ đó cho thấy, chất lượng mối hàn là chỉ số duy nhất quyết định việc khung xe có an toàn hay không.

Hàn khí argon sử dụng khí heli và hỗn hợp heli-nitơ để bảo vệ các mối hàn và loại bỏ oxy để đạt được mục đích hàn. Về phương pháp hàn TIG và hàn đồng, thường được sử dụng để hàn khung thép và khung titan, cái này sẽ được giải thích ở sau. Có một kiểu hàn mới có tên là “hàn bằng”, đó là không thể nhìn thấy vết hàn trên khung xe.

Trên thực tế, đây không phải là một phương pháp hàn, nó vẫn là hàn khí argon, chỉ là sau khi hàn xong được thực hiện thêm một bước mài phẳng để các mối hàn trông nhẵn và thẩm mỹ hơn. Tất nhiên việc này phải được thực hiện với tiêu chí đảm bảo an toàn.

Ở đây cũng nhắc nhở những người chơi xe không nên mua những chiếc khung xe đạp không có thương hiệu và giá thành rẻ, vì hàn là yếu tố quan trọng quyết định khung, một số nhà sản xuất nổi tiếng sẽ có QA và QC tốt để kiểm soát, thậm chí còn sử dụng máy X quang sẽ kiểm tra xem có bọt khí hay mối hàn không chắc chắn trong quá trình hàn hay không. Còn một số những khung xe không có thương hiệu hay rẻ đa số là hàng không có nguồn gốc hoặc hàng giả, hàng kém chất lượng. Có thể gây tai nạn trong quá trình sử dụng.

Ngoài việc lựa chọn chất liệu ống khung và kỹ thuật gia công, quy trình sản xuất khung xe đạp còn bao gồm góc độ hình học, góc độ hydroforming và thậm chí một số công nghệ đã được cấp bằng sáng chế. Tất nhiên, đối với những người chơi xe, việc tìm hiểu những bằng sáng chế này có lẽ sẽ rất nhàm chán. Bài viết này chỉ đơn thuần như một dạng phổ cập kiến thức, giúp người chơi xe hiểu được phần nào về khung xe và ống khung kim loại của mình.

👉 Đặt hàng Online tại: https://hellobike.vn/

————————————

HELLO BIKE – Xe đạp thể thao chính hãng!

☎ Điện Thoại:

– Miền Bắc: 0917.470.986

🌐 Facebook: HELLO BIKE – Xe Đạp Thể Thao Chính Hãng

🌐 Website: hellobike.vn

🎞 Youtube: Xe Đạp Thể Thao Hello Bike ️

🎶 Tiktok: hellobike336

🏡 Địa chỉ:

– Miền Bắc: D04 L04 An Phú Shop Villa, Dương Nội Hà Đông, Hà Nội