之前说的刃具钛合金相关,现在总算有空写了。之前的短文中就有一篇介绍一款比较新型的高硬钛合金专利,其硬度韧性弹性都远比也已经应用在小刀上SM100强很多,有大学实验室条件的可以自己炼一锅玩玩。 从成分上说,刃具用的高硬度钛合金应该叫钛镍合金,而且其中镍的含量远比钛高的多,和常见的以钛为主的合金比如Tc4是完全不一样的,大家不要混淆。 在镍钛原子比近似一比一的情况下合金展现出记忆性(48%<Ni<52%),这时候合金的硬度不高弹性极好,只有当镍的质量百分比超过一定数字才会形成Ni4Ti3这种硬化相结构,出现硬度骤增的特质。一般来说Ni含量在55-65%范围内的钛合金才会体现出这种高硬度高弹性高比强度的特质(硬度>600Hv),Ni含量越高硬度越大。 比较原始的钛镍合金比如大家听过的SM100,另一个名字叫TiNial60,是一种镍60%钛40%的二元合金。这类合金Ni4Ti3的硬化相比较粗大(能长大到200nm水平),且高温下易分解,故而应用温度受限也无法进行时效处理深度开发性能。SM100经过合适热处理,最大表面硬度能做到700-720Hv上下也就是约么Hrc60-61这样(700Hv对应60.1Hrc,800Hv对应Hrc64),当然这个硬度下韧性和弹性都是非常糟糕的,实际上当年那批挺进者的SM100材质的直刀硬度只做到57-58,实际表现也就那样并未获得多么好的反响,这个硬度下包括防锈在内的综合性能并不比M390强,但价格可贵多了。 除二元合金外,还能以原始NiTi合金为基础,通过不同元素替代相应位置强化硬度和韧性 Al Nb V Hf Ta Zr取代Ti位,主要起增加热稳定性和硬度 Cu Fe Cr Mo Co取代Ni位,主要起增加韧性和加工性能 5月7号发文里就有一系列实验合金的性能对照,拿硬度最高也比较简单的一种三元合金Ni55Ti39Al6举例。通过6%Al的添加取代相应的Ti,硬质相Ni4Ti3晶粒尺寸大幅度细化(小于10nm),弹性不明显降低的同时大幅度提升硬度。经过合适的固溶淬火加时效处理硬度可做到表面824Hv这种极高水平,其室温延伸率也有10.68%(比大部分常见的刃具不锈钢都好,略强于55硬度下的锰钢),做小直刀或者折刀是完全够用了。 以这个思路进行拓展,各种合金组合就很多了,性能不一而足,室温延展率超过15%保证硬度不低于60的情况下做到弯曲120度不断的组合远不止一种这里就不展开讨论。 讲了好处这里讲一下不足,钛镍合金因为加了大量的钛,所以也会有一些钛合金固有的缺陷——弹性模量较低,这会引起两类问题。 其一,在其他领域比如植入人体的生物材料,飞机结构件中其实不算问题,还能吸收振动减少应力,但你若想让它做成粗用工具那就不太合适。把钛合金做成薄长刀,因为比强度高但模量低,它会如武术表演刀那样乱抖,切割也好穿刺格挡也罢手感都会很差,你若如武侠小说里那般盘腰缅钢刀能舞出花当我没说,没这本事太长太薄的钛合金刀具就不是那么好用,而把厚度加到米勒兄弟作品那种程度,又失去使用钛合金的意义了。 其二,模量低意味着容易变形,特别是刃口在遭受冲击的时候,经过改进的合金配方保证了较高的延展率倒是不担心崩口断裂,但是刃口却更容易堆刃(哪怕硬度做到65),尽管耐磨性很强,但高保持性只在切纸切肉这类行为上体现,你用他随便砍个树枝劈几块木板什么的力气大多来几下刃口会快速变钝,不是伤刃或者磨损而是刃口变圆,并且这种情况异常难磨(高硬度高弹性双重作用)。

此外,这种材料不论锻造、热处理、加工各方面都比较麻烦,不太可能作为一种高性能量产刃材普及化出现。锻造热处理还能通过规模化生产拉低成本,加工打磨这块怎么看怎么是老大难。现阶段除了高附加值的艺术刀,折刀,潜水刀和基本上只能摆来看基本上没机会用的格斗刀,就没有其他应用范围了。以国内的条件像搞cpm3v之类材料那样热好的板材再打磨那种搞法基本上就不存在实操余地,哪天看到有作坊级渠道自称供应高性能钛合金刀具的直接当骗子即可。
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