프레임 소재의 종류
MTB 또는 사이클 그리고 생활용 자전거, 미니벨로 등 많은 종류의 자전거들이 있지만 그 자전거들의 핵심중에 하나인 그리고
제일 큰 부분은 프레임입니다. 프레임의 소재는 세월에 따라 많은 변화들을 겪으면서 소재가 달라졌으며 세월이 지났지만
계속 사용되는 소재도 있습니다. 그중에 대표적인 소재들에 대해 알아보겠습니다.
1.하이텐
전통적인 소재로 저가형 생활자전거에 많이 사용되고 있습니다. 용접성이 좋으며 인장력이 강하여 많이 사용되고 있으며 열변형이 적어
용접후에도 변화가 매우 적습니다. 극한 상황에서도 소재의 수축 및 파열이 적어 극지방 송유관이나 가스전송관으로도 많이 사용되고
이러한 장점으로 용접성이 용이하고 뛰어난 인장강도로 프레임에 많이 사용됩니다. 하지만 외부조건에 따라 부식에 약한 단점이 있어
외부 표면에 특수처리를 하는 경우가 많습니다.
2.크롬강
철에 크롬을 섞어 만든 특수강으로 크롬과 탄소함유량에 따라 그 용도의 폭이 넓습니다.보통 크롬강을 담금질 후 650℃에서
갑자기 냉각하면 강하고, 천천히 냉각하면 무르게 되는 성질이 있는데 이 원리로 열처리를 하게 됩니다.
자전거 관재로는 사용빈도가 높은 편이 아니었으나 최근 들어 콜럼버스나 레이놀즈 등에서 스테인리스 소재의 자전거용 관재를 생산하고 있습니다.
프레임 제작 공정이 어려워 아직까지는 가격이 상당히 높은 편입니다.
3.크롬몰르브텐 스틸
철에 탄소, 크롬, 몰리브덴을 첨가한 특수강입니다. 하이텐과 달리 고온에서 강도를 유지하는 목적으로 만들어졌습니다.
보통 1~5%의 크롬을 첨가해 저크롬강보다 높은 크롬 함유율을 보이는데 그 이유는 크롬 함유율이 높아지면 강도를 높이면서 무게는
줄일 수 있기 때문입니다. 단, 담금질 후 급냉과 서냉하는 과정에서 강인한 성질과 무른 성질을 반복하는데 몰리브덴을 첨가해
서냉 시 무른 정도를 줄인 것입니다. 이로 인해 고온에서의 열변형 폭이 적어 용접에 좋은 재료가 됩니다.
또한 크롬 함유도가 높아 하이텐에 비해 1/3정도의 무게로 같은 강도를 유지할 수 있으며 녹이 슬기는 하지만 역시 하이텐에 비해서는
내식성도 좋은 편입니다. 자전거용 관재 중 가장 긴 생명력을 이어온 소재이며 매니아층이 있을 정도로 그 인기는 아직까지 진행되고 있습니다.
알루미늄 합금 7000시리즈 사용한 치넬리 익스피리언스
4.알루미늄
대표적인 프레임 소재중에 하나이며 자전거 경량화에 지대한 영향을 준 소재입니다. 내구성과 강도를 얻기 편하며
알루미늄도 많은 종류로 나뉩니다. 1000계열은 순 알루미늄계이고 2000계열은 알루미늄+구리합금, 3000계열은 알루미늄+망간,
4000계열은 알루미늄+규소, 5000계열은 알루미늄+마그네슘, 6000계열은 알루미늄+마그네슘+규소, 7000계열은 알루미늄+마그네슘+아연으로
구성됩니다. 번호 뒤에 T4나 T6 같은 추가기호가 붙는 경우가 있는데 이는 열처리기호1)입니다.
프레임에 많이 사용하는 알루미늄 합금에 대하여 알아보겠습니다.
- 6061
T6 열처리를 통해 높은 내력강도를 보이는 재료입니다. 알루미늄 합금 전체에서 용융점은 낮은 편이지만 열팽창율은 비교적 높아
용접치수강도가 떨어지는 것이 단점입니다. 그러나 내식성이 우수하고 후가공성이 좋아 까다로운 빌딩과정에도 불구하고 MTB의 하이엔드
프레임이나 알루미늄 로드바이크 소재로 많이 사용됩니다. 탄성율이 작아 알루미늄 프레임 중 비교적 승차감이 부드러운 편으로
산악자전거와 로드바이크 전 장르에 고루 쓰이는 소재입니다.
- 7005
6061에 비해 고강도의 소재이며 열변형이 적고 용접성이 우수합니다. 강도 높은 소재이므로 튼튼한 프레임을 제작할 수 있는 장점이있는
반면 6061 같은 (상대적인) 내력강도는 기대하기 어렵기 때문에 충격에 의한 피로강도가 쌓이는 것을 막을 순 없습니다.
고강성이 필요한 MTB 전 장르 프레임에 고루 쓰이며 내력강도를 보상하기 위해 튜빙을 굵게 만드는 경우가 많습니다.
- 스칸듐
전 지구적으로 매우 희귀한 금속으로 그 가격도 상당히 비쌉니다. 무게는 스테인리스의 40%에 불과하지만 알루미늄과 비교해 3배 이상의
강도를 지녔으며 알루미늄합금에 쓰일 때는 5000이나 7000계열에 합금하며 주로 무게를 줄이면서 강도를 유지하기 위해 사용합니다.
하이엔드 경량 자전거 프레임에 쓰이는데 강도과 경도가 높고, 탄성이 커서 안정적인 승차감을 위해서는 튜빙을 굵고 두께는 얇게 만드는 편입니다.
도레이사의 카본 T1000 을 사용한 트리곤 코르사
티타늄
순수상태는 무르고 잘 늘어나는 성질이 있으나 열처리에 의해 단련할 수 있습니다. 내식성이 좋아서 공업적 활용분야가 다양하지만
초기 티타늄의 용도는 공업분야가 아니라 의료분야였습니다. 생체접합 후 부작용이 거의 없어서 1940년대부터 골접합 등의 외과재료로
활용되었으나 초기 티타늄은 강도가 불완전하여 부러지는 사고가 많아 극복하기 위한 방법을 연구하면서 지금의 강도 높은 재료로 발전하였습니다.
티타늄 합금은 같은 강도의 철강과 비교해 무게가 60% 정도로 가볍워 철강 구조물의 경량화를 이룰수 있는 장점이 있습니다.
또한 고온강도와 피로강도 등이 우수하고 내식성이 좋아 항공기, 우주선, 잠수함 등의 시설과 장비에 많이 사용되며 최근들어 스포츠 용품 에도 이용하고 있습니다.
티타늄 합금에도 여러 종류가 있지만 자전거 프레임에는 흔히 Ti-3AL 2.5V가 이용됩니다. Ti-3AL 2.5V는 티타늄에 알루미늄 3%,
바나듐 2.5%를 섞었다는 뜻이며 알루미늄과 바나듐은 강도와 신장성을 높여주어 무게에 비해 고강성을 띠게 됩니다.
탄소섬유
미래의 첨단 소재로 알려졌던 탄소섬유는 요즘 쉽게 카본이라고 많이 부르고 있습니다. 보통 진동흡수가 좋고 다양한 형태로 성형할 수 있으며 카본 원사나 직조형태, 적층방법과
성형방법에 따라 무르고 단단한 정도, 내구성등을 조절할 수 있습니다. 카본에도 다양한 종류가 있으며 종류에 따라 같은 원사를 사용하더라도 인장강도 및 탄성률 등이 달라지며
카본 역시 세월이 지날수록 더 발전하여 고성능의 카본이 생산되고 있습니다. 카본 프레임이 처음나온 초창기에는 엄청난 가격으로 아무나 소유하지 못하는 단점이 있었으나
최근에는 300만원 이하의 카본 자전거 도 생산되며 카본 프레임뿐만 아니라 카본 휠, 카본 부품 등 카본의 가격이 많이 저렴해져 전문 선수부터 동호인들까지 많이 사용하고 있습니다.
참고 및 참조 (출처): 사진보고 따라하는 자전거 정비 : 전문가편, 2008. 11. 24
회원에게만 댓글 작성 권한이 있습니다.