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為什么鈦或鈦合金制作的刀具很少見？
2022-10-08
鈦合金對比結構鋼的力學優(yōu)勢主要體現(xiàn)在比強度（強度與密度之比）上，即其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在輕量化上，而非指標的相對數(shù)值。除此之外，鈦合金刀具沒有成為主流，有以下幾方面原因： 1. 使用性能弱于鋼材刀具 衡量使用性能方面需要綜合考慮服役條件。初入刀圈的新愛好者往往關注硬度/強度這種指標，而忽略了其他性能指標。鈦合金作為刀具材料比較大的問題來自于彈性模量。鈦的彈性模量在常溫時為106.4 GPa，為鋼的57%。而彈性模量代表材料抵抗彈性變形的能力。這一數(shù)值較低，意味著鈦合金刀在生產過程中極易出現(xiàn)劇烈抖動，影響刀法的發(fā)揮。 事實上，2012年，美國NEMO Arms公司推出了一款全鈦合金AR10突擊步槍。除了鈦合金加工帶來的高成本問題，由于彈性模量低導致的槍神劇烈抖動也影響其使用性能。顯然，這種性能受限、成本奇高的產品只能像黃金AK一樣成為高級玩具。 此外，鈦合金在硬度與耐磨性方面，弱于結構鋼。鈦合金不易磨削加工給人帶來耐磨的錯覺。事實上鈦合金的耐磨性并不好，極易發(fā)生粘著磨損。把玩一陣子后，鏡面上的劃痕給有強迫癥刀具愛好者帶來了困擾。 鈦合金作為刀具材料大的阻礙在于強韌匹配問題。 在鋼材刀具的制作過程中，手工鍛打是常見工序，優(yōu)化了刀具內部的微觀組織，提高了強韌性。更重要的，鋼材具備獨特的強韌化屬性——馬氏體相變。在加熱至完全奧氏體化溫度后，將鋼材快速冷卻至室溫，產生了非平衡的固態(tài)相變（碳原子難以實現(xiàn)有效遷移，形成非擴散型相變）。經過淬火后的鋼材強度、硬度較高而韌性不足，配合回火工序是馬氏體轉化為回火馬氏體，則形成良好的強韌匹配。另外，可以通過其他手段控制馬氏體相變的過程。例如日本刀在淬火之前，在刀背部位圖上特制的黏土。在淬火時黏土覆蓋的部位冷卻速度慢低于臨界值，導致刀背不形成馬氏體。這樣就形成了刀刃/刀背的良好強韌組合。事實上，日本刀在淬火之前是直的。淬火后，刀刃部位馬氏體相變體積膨脹，才導致刀變彎了。當然，本身刀具在鍛打過程中形成了雙金屬結構，這也是鈦合金刀具制作難以實現(xiàn)的，這里就不贅述了。 |