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專業(yè): 數(shù)論

[交流] 【其它】揭開新合金X的真面目

揭開新合金X的真面目
2010/08/04 00:00
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　　認為“材料廠商有責(zé)任保證穩(wěn)定供應(yīng)”的大同特殊鋼開發(fā)出了新合金X，這種合金雖不含如下圖所示價格變動較大的鉬（Mo）和釩（V），但可確保與以往含有這些元素的合金相當?shù)男阅�。由于其重量輕、強度高，目前已被右側(cè)照片中的部分部件采用。

究竟什么是新合金？

　　大同特殊鋼的新合金X為β型鈦合金。成分為Ti-13Cr-1Fe-3Al，不僅是V及Mo，其他稱為稀有金屬的元素也一概未使用，目前已被實際用于自行車部件（右圖a）。
　　β型鈦合金具有塑性加工性出色以及可通過熱處理提高強度等特點，要制造這種鈦合金，必須添加“β穩(wěn)定化元素”，其代表性元素便是V和Mo。
　　但如上圖所示，2002年每lb不到3美元的Mo（三氧化鉬）在幾年內(nèi)價格曾一度暴漲至原來的15倍左右，而每公斤6美元多的V（釩鐵）則暴漲至原來的20倍左右，參考文獻1）。該公司認為“預(yù)料之外的價格暴漲可能會導(dǎo)致供應(yīng)中斷”，于是加緊開發(fā)不含V及Mo的鈦合金。
　　合金設(shè)計的關(guān)鍵在于選擇哪些β穩(wěn)定化元素來代替V及Mo添加到合金中。該公司選中了比較穩(wěn)定且容易采購的鉻（Cr）和鐵（Fe）。但是，這兩種元素存在容易發(fā)生偏析以及生成脆弱的金屬間化合物等難題。為了解決這些問題，該公司在優(yōu)化材料成分的同時，充分利用了“PPC（等離子體層疊凝固）爐”等自主制造技術(shù)（右圖b）。這樣，價格穩(wěn)定且比原來的β合金便宜2成左右的“CATi”就誕生了。
　　首先采用這種新合金的企業(yè)是日本頂級自行車部件廠商禧瑪諾（Shimano）。該公司將其用在位于前輪用3檔變速鏈環(huán)中間位置的中速齒輪上。該鏈環(huán)的3個齒輪分別采用不同的材料，尺寸較大的低速齒輪由鋁合金制成，較小的高速齒輪由鋼制成。如果中速齒輪采用鋁合金的話，強度會不足；而采用鋼材料的話，重量會稍有增加。比鋁合金強度高、重量比鋼輕的新型鈦合金，正是適合中速齒輪使用的理想材料。
　　但是，齒輪的齒頂會受到相當大的負荷。對此該公司利用加工硬化，單獨對齒頂進行沖壓加工以提高了強度（右圖c）1）。而齒頂以外的部分未進行冷作加工，因而可發(fā)揮出色的韌性，有助于提高安全性。這種新合金的易用性十分出色。
■參考文獻
1）小川等人撰寫的“無釩鉬β型鈦合金‘CATi’的開發(fā)”，《Materia》第46卷第2號，p96-98，2007年。
■日文原文
果たして，新合金Xの正體は…

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1樓 2010-08-04 09:07:14

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