На сегодняшний день для изготовления велосипедных рам применяют различные материалы: сталь низкоуглеродистая, высокотянутая, хромомолибденовая, алюминиевые сплавы, титан, карбон (углепластик), а так же производят магниевые рамы. Вкратце остановимся на каждом из перечисленных материалов.

Сталь (низкоуглеродистая) - такие стали применяются для изготовления дешевых велосипедов низкого качества. Такие велосипеды называют «сделанными из водопроводных труб». Рама такого велосипеда обладает не только низкими эксплуатационными свойствами, но также значительным весом, низкой прочностью и подвержена коррозии. Такие рамы дешевы, они поддаются сварке, что позволяет их легко ремонтировать.
Высокотянутая сталь (High Ten) - обладает намного лучшими показателями, чем низкоуглеродистая, хорошо "дышит" на неровностях дороги благодаря своей гибкости, однако тоже характеризуется неудовлетворительными рабочими характеристиками и большим весом. Рамы из этого материала обычно не отличаются высоким качеством изготовления, неудовлетворительно "катят" и мгновенно коррозируют. Из таких сталей зачастую производят детские и велосипедные рамы для начального уровня, когда основным критерием является дешевизна и износостойкость. Сегодня рамы из этого материала отживают свой век, уступив место дешевым алюминиевым, в гигантских количествах производимых в Китае, на Сингапуре и т. п.

Высоколегированные хромомолибденовые стали (Cro-Moly) - имеет все достоинства предыдущего класса, но она долговечнее, надежнее и легче. Более высокого класса такие рамы делают с переменной толщиной стенок (баттинг). Баттинг- это увеличение толщины стенок трубы в особенно нагруженных местах, что позволяет снизить общий вес рамы. Рамы с тройным баттингом одновременно прочны и достаточно легки. В высококачественных баттированных рамах многие производители используют трубы фирм Reynolds, Columbus, Tange (и ряда других), славящихся качественной проработкой материала и являющихся своего рода "визитной карточкой" элитной рамы. Наличие баттинга можно посмотреть непосредственно на самой раме - об этом всегда пишется на трубах. В случае какого-либо сомнения можно почитать о данной модели в фирменном каталоге или зайти на сайт фирмы-производителя. Велосипеды с хромомолибденовыми рамами высокого класса имеют отличный накат на любой дороге. В совокупности с хорошим передним амортизатором представляют собой очень надежную и комфортную туристскую машину, способную принять участие и в гонке. К достоинствам хромомолибденовой рамы также следует отнести ее способность "писать трассу" - то есть изгибаться на виражах и "помогать" райдеру. Это хорошо чувствуется на техничных трассах со множеством поворотов. Положительный момент хромомолибденовых рам заключается еще и в том, что в случае поломки их достаточно просто заварить. Это обстоятельство особенно важно в путешествиях высокого уровня сложности. Кроме всего прочего, такие рамы менее подвержены ржавлению. Их часто выбирают велотуристы, забирающиеся в глухие уголки нашей планеты (африканские пустыни, джунгли Амазонки или бескрайняя тундра). Сегодня большой проблемой является найти хорошую хромомолибденовую раму: дело в том, что подавляющее большинство фирм производят только модели начального уровня. На данный момент, профессиональными стальными рамами (хромомолибден - сплав стали) может "похвастаться" только фирма Marin и еще несколько брэндов. Основные недостатки: не лучшая приемистость, а также определенные потери энергии при педалировании способом "танцовщица" и силовой работе на подъемах. По этим причинам хромомолибденовые рамы нечасто используются в кросс-кантри, но любимы туристами и марафонцами.

Титановая рама (Titanium). Обычно ставится на велосипеды профессионального уровня. По весовым показателям примерно соответствует лучшим алюминиевым. Хорошо сделанная титановая рама хорошо "работает" на пересеченной местности, эффективно гасит вибрацию и обладает высокими ходовыми характеристиками (блестяще "катит"). По многим свойствам она аналогична лучшим хромомолибденовым рамам. Следует также отметить поразительную способность хорошей титановой рамы не терять скорость на "тряской" дороге, щебенке и пр. Кроме того, такая рама не боится никаких погодных условий и царапин. Титан - самый долговечный из всех материалов, и рама из него, как и хромомолибдена, может служить многие десятки лет без потери свойств. Основные недостатки: те же, что и у хромомолибденовых рам: потери энергии при педалировании "танцовщицей" и работе в гору. По этим причинам реже используется в кросс-кантри, чем алюминий. Элитные титановые рамы делают такие фирмы, как Merlin, Litespeed, в прошлом - Marin, Wheeler, Kona и ряд других. Титановые рамы различных классов делают также на отечественных (обычно на "оборонных") заводах. Топовые модели нередко разрабатываются такими фирмами, как Bianchi, Colnago и др. Некоторые райдеры используют простые отечественные титановые рамы как базу для создания неприхотливого "зимнего" или туристского велосипеда: титан не боится городской соли и очень надежен. Существует два основных титановых сплава 3Al/2.5V и 6Al/4V, отличающиеся процентным соотношением алюминия и ванадия.

Карбон (Carbon) - материал будущего. Высококачественные рамы из этого материала дороги (около 1000 долларов), зато они очень легкие: вес лучших образцов - немногим более 1,2 кг. Путем применения различных технологий таким рамам можно придавать различные свойства, но эти рамы невозможно ремонтировать, так как они изготавливаются при помощи термообработки из пропитанных смолами стекло и углеродистых волокон. В общем случае, велосипеды с карбоновыми рамами - очень жесткие и отлично подходят для гоночных дисциплин. Сегодня с этим материалом работают почти все крупные мировые фирмы-производители. Основные недостатки: как правило, чрезмерно жесткие, что плохо для дальних дистанций - высокая вибрационная нагрузка на позвоночник. Боятся сильных "точечных" ударов (хотя для повреждения волокна удар должен быть действительно силен).

Магниевые (Magnesium) рамы. Одни из самых легких на сегодняшний день. Основные достоинства магниевых рам - низкий вес и способность поглощать вибрации. Велосипеды с такими рамами "катят" как титановые и хромомолибденовые; хороши для длинных дистанций. Все положительные свойства хорошей стали и титана применимы и к магниевым рамам: способность "писать" трассу, "прощать" неточности управления и снижать утомляемость при езде по пересеченной местности. Основной недостаток магниевых рам: в большей степени, чем все остальные материалы, боятся агрессивных сред. Это делает невозможным длительную эксплуатацию подобных рам зимой и в условиях "грузового" туризма. Они требуют достаточно бережного использования. Лидером (и практически монополистом) в изготовлении магниевых рам является фирма Merida. В России рамы из этого материала производит фирма Litech.

Комбинированные рамы наиболее интересные (и дорогие). Самыми перспективными, на текущий момент, являются титаново-карбоновые и карбоново-алюминиевые рамы. Грамотное использование лучших свойств разных материалов позволяет получать рамы с выдающимися ходовыми характеристиками. Так, блестящую способность титана поглощать вибрации можно дополнить жесткостью карбона - и получить велосипед, одинаково пригодный как для кросс-кантри, так и для длительных марафонов! Наиболее интересные разработки в области комбинированных рам представляют фирмы Titus, Wilier и некоторые другие. Работу в этом направлении ведут также малоизвестные тайваньские производители.

Отдельно стоить остановиться на алюминиевых рамах, так как на данный момент они наиболее распространены и приемлемы.

Типичными сплавами Al используемыми при производстве рам являются марки 6061, 7005. Производство рам из алюминиевых труб процесс сложный. После сварки одни сплавы требуют термообработки и искусственного старения (6061), другие только искусственного старения (7005), третьи деформационного уплотнения (5086) для восстановления микроструктуры материала. Коды после марки и обозначают эти процессы (7075-T6 или 2024-T4).
Заварить Al раму не только в гараже, но и в простейшей установке аргонодуговой сварки без потери прочности невозможно.
Из-за малого коэффициента относительного удлинения алюминиевая рама заметно не деформируется после сильных ударов. И вообще, Al разрушается внезапно, не проявляя заметных внешних признаков.
Алюминий подвержен коррозии, хотя и в меньшей степени, чем сталь, но тоже требует применения защитных покрытий (покраска, анодирование и т.д.).
Резьбовые соединения (да и соединения просто на трении) Al-Al, Al-Ti и Al-Сталь имеют свойство "прикипать" намертво. Никакой керосин и прогрев, как со сталью, не поможет. Поэтому соединения надо регулярно и вовремя разбирать, прочищать и смазывать консистентной смазкой.
Отсутствие предела выносливости (некоторые Al сплавы имеют такой предел, но он невелик) не означает, что такая рама быстро сломается. Даже если сделать очень грубую прикидку получится, что срок службы Al деталей составляет годы (например, предположим, что шатун сконструирован таким образом, что при каждом обороте педалей в нем возникает напряжение равное пределу усталости для 10.000.000 циклов. Тогда 10.000.000 оборотов на средней передаче составит 50 тыс км пробега). На самом деле этот расчет имеет мало общего с реальностью: с одной стороны, в жизни шатуны проектируют с гораздо большим запасом, с другой стороны, удары могут приводить к появлению остаточных деформаций и внутренних напряжений, что может радикально снизить усталостную прочность. Вблизи предела текучести материал имеет существенно меньшую выносливость.
Проектируя алюминиевые рамы, конструкторы вынуждено делают большой запас по статической прочности, по сравнению со сталью (2-4 раза), чтобы уменьшить амплитуду деформаций применяют более жесткие трубы большого диаметра. При этом они стараются равномерно распределять напряжения по всей раме. Вот откуда эти дополнительные накладки на трубы в местах стыка с рулевой колонкой.
Именно вследствие борьбы с низкой усталостной прочностью алюминиевые рамы получаются у конструкторов очень жесткими и легче стальных всего (примерно) на четверть.
Низкая плотность алюминия – его самая сильная сторона. Однако, из-за плохой выносливости материала, вес рам получается не таким, каким бы мог быть. Конструкторы и материаловеды постоянно ищут решения этой проблемы. Возможно, скоро мы получим значительно более легкие и не менее долговечные алюминиевые рамы.
Велосипед с хорошей алюминиевой рамой мгновенно набирает скорость - от малейшего нажатия на педали, отлично идет в гору и позволяет великолепно "чувствовать" дорогу. Повороты проходить существенно сложнее, чем на хромомолибденовой раме, однако при этом сам поворот проходится быстрее. Качественные алюминиевые рамы делают сегодня большинство ведущих мировых фирм-производителей. Они также имеют баттинг. Велосипеды с рамами высокого класса имеют отличные параметры по разгону, динамике и работе на подъемах. Для рамы из алюминиевых сплавов крайне необходима хорошая амортизационная вилка, в совокупности с которой она проявляет все свои положительные свойства. Основные недостатки по сравнению с хромомолибденовыми рамами: меньшая накатистость (рама "туповата") и высокая "трясучесть". Необходимо более внимательно работать с тормозами. Классические туристы недолюбливают рамы из этого материала из-за их жесткости и невозможности сварки в полевых условиях. Также есть мнение о том, что алюминий плохо переносит зимние холода, хотя походы в 50-градусные морозы это не подтверждают. Алюминиевая рама также значительно в меньшей степени подвержена влиянию агрессивных сред, чем стальная. На сегодняшний день, алюминиевые сплавы являются господствующим материалом, применяющимся для изготовления рам. Подавляющее число современных велосипедов, от самых простых до профессиональных, имеют рамы именно из алюминиевых сплавов.

Кстати, конструкторы компании Giant разработали технологию FluidForm которая позволила решить ряд проблем связанных с алюминиевыми рамами.

Технология FluidForm использует специальный процесс, названный «гидроформирование», который использует разогретое масло для прессовки и придания нужной формы трубам алюминиевой рамы. В результате получается продукт, более прочный и более совершенный, чем стандартная труба или простой листовой алюминий.
Технология FluidForm это новая технология производства, используемая для изготовления сложных форм в одном процессе. Поточная линия при изготовлении трубок с использованием FluidForm не может быть заменена обычной технологией формовки.
Компания Giant первой внедрила этот продвинутый процесс формовки в производство велосипедов в больших маштабах.
Технология FluidForm позволяет инженерам-конструкторам компании Giant придавать любую форму трубам велосипеда.
Как это работает
Хотя технология Fluid Form достаточно дорогостоящая и продолжительная по времени, это на самом деле становится довольно простым процессом, как только необходимое оборудование закуплено и настроено. Алюминиевые трубы закладываются в грейферную форму с давлением 1000 тонн. Форма закрывается и запечатывается, после чего в нее закачивается горячее масло и гидравлически сжимается с давлением порядка 4000 кг на кв.см, придавая алюминиевой трубе нужную форму.
Часть трубы, обработанная по технологии FluidForm, оказывается прочнее, чем труба, не подверженная этой обработке. Во время формовочного процесса алюминий сжимается, уплотняя структуру зерна в удлиненные формы, лучше сопротивляющиеся усталости металла. Это позволяет инженерам Giant производить трубы лучше отвечающие специфическим задачам каждого велосипеда.
Поскольку ALUXX SL Super Light алюминий уже на 30% прочнее, чем стандартный алюминий 6061, трубы FluidForm еще более устойчивы к появлению трещин и усталости металла.

Источники:
http://www.giant.md/tech_aluxx.php
http://www.vipbike.ru/news/12.htm
http://x-lifestyle.com/diving/index.php?page=624&lang=1&id=1723
http://homelab.vipcentr.ru/aljuminij.htm
http://velosite.ru/articles/
http://www.giant-russia.ru/index.php?show_aux_page=4