鈦青銅合金性能

鈦青銅在典型的熱處理及變形工藝條件下的綜合性能達到了美國PDS13411 AL和ASTM B441所規(guī)定的鈹鈷銅合金的性能水平。斷口的韌窩內(nèi)存在細小的粒子, 韌窩形狀顯示為等軸韌窩, 韌窩尺寸比較均勻, 說明材料的塑性能力較高, 且第二相粒子分布均勻, 體現(xiàn)了彌散強化特征。斷口上可以明顯看出韌窩的形狀, 保持了一定的塑性, 斷口氧化也較輕, 說明材料有良好的熱強性和抗氧化性。

合金經(jīng)固溶和冷變形后的時效處理是沉淀強化合金的關鍵工藝, 在該工藝下第二相粒子從固溶體內(nèi)勻分析出, 彌散分布在基體中形成沉淀相, 沉淀相能有效阻止晶界和位錯的移動, 從而大大提高合金強度, 同時固溶體脫溶后晶格畸變得以恢復, 材料的導電性能獲得提升。鈦青銅獲得峰值硬度的時間與時效溫度呈反比, 而其延伸率隨時效溫度和時間的提高而增加, 試驗表明鈦青銅的導電率主要隨時效時間延長而提高, 但逐漸呈飽和趨勢。鈦青銅在欠時效時塑性和導電率偏低, 過時效時塑性和導電率較高, 但晶粒明顯長大, 不利于超聲波探傷檢驗, 生產(chǎn)汽輪發(fā)電機槽楔時應選擇硬度峰值時間, 其時效溫度在500 ～ 520℃較為理想 。

合金固溶后的冷變形可增加晶體內(nèi)部的位錯密度, 顯著提高其強度和硬度, 為時效析出提供空間,冷變形引起的晶格畸變較少, 因而對合金的電導率影響較小, 鈦青銅槽楔等產(chǎn)品多采用自由鍛成形。在相同時效溫度條件下, 合金硬度的峰值時間與冷變形率成反比, 亦即加大冷變形量可縮短時效時間, 實踐表明大變形量時合金的晶粒細小, 但易誘發(fā)鍛件內(nèi)部裂紋和析出物的偏聚現(xiàn)象, 變形量太小晶粒不夠細, 又不滿足超聲波探傷的基本條件, 因此材料冷變形量應控制在15% ～ 25%之間。

鈦青銅固溶處理的目的是使第二相粒子充分、均勻地溶入基體內(nèi), 并經(jīng)快冷(水淬)得到過飽和固溶體, 為材料的冷變形和沉淀強化作準備。確定合金固溶的有效性是通過檢驗溶質(zhì)原子在基體中的溶解度來實現(xiàn)的, 第二相粒子在基體中的溶解度越大, 所引起的晶格畸變越顯著, 致使材料對電子的散射能力增強, 在宏觀上表現(xiàn)為導電性能下降, 在冷變形量固定條件下材料成品時的晶粒度與固溶溫度相關, 通過測量固溶處理后材料的導電性及成品時的晶粒度來確定最佳固溶溫度。材料在940℃ ×1h(水淬)條件下固溶最充分, 但是在冷變形量固定條件下材料成品時的晶粒度與固溶溫度相關, 合金晶粒度越大對超聲波的衰減越明顯, 所以在確定固溶溫度時應考慮材料的晶粒度,選擇900℃ ×1h(水淬)為固溶處理工 藝。

銅合金以其優(yōu)良的導電、傳熱性能在工程上獲得了廣泛應用。隨著科學技術的進步, 現(xiàn)代工業(yè)裝備的發(fā)展對銅合金的綜合性能提出了新的要求, 期望其保持導電性的同時還具備高強度和耐熱性。高強度、耐熱、導電銅合金的代表材料為CuCo2Be合金, 該材料在國內(nèi)外已有多年的應用, 但由于合金元素Co、Be的資源緊缺和價格昂貴使得CuCo2Be合金成本一直很高, 且CuCo2Be合金在熔鑄過程中產(chǎn)生的鈹及其化合物粉塵是毒性最為嚴重的工業(yè)污染物,含鈹銅合金的生產(chǎn)對環(huán)境和人體健康構成了極大威脅, 促使材料工作者及相關產(chǎn)業(yè)致力于研制和開發(fā)含鈹銅合金的代用材料。目前已見應用報道并形成了行業(yè)標準的鈹青銅代用材料是CuNi2SiCr合金, 該合金強度較高, 但導電性能較CuCo2Be合金降低了15%左右, 故其應用領域受到一定限制。文中研究的鈦青銅的綜合性能達到了CuCo2Be合金水平, 但該材料工藝條件要求苛刻, 在工業(yè)化生產(chǎn)中質(zhì)量控制難度大, 因此開展該材料的熱加工工藝及組織性能研究意義重大。

鈦青銅材料的化學成分中Ni和Ti組成金屬間化合物, 通過沉淀析出對基體進行強化, 是合金中的主要強化相;Cr和Zr可細化晶粒、提高材料的熱強性, 同時也存在析出強化作用;B和RE在合金中凈化晶界、提高合金的導電性能。因此, 鈦青銅的熱處理主要包含固溶和時效工藝 。

鈦青銅采用900℃固溶后不同時效工藝條件下的金相組織, 可以看出材料的晶粒度對溫度的敏感性較強, 隨時效溫度升高晶粒明顯變大。當固溶溫度一定時, 在510 ±10℃范圍內(nèi)時效, 材料的強塑性有良好的匹配, 且晶粒度滿足探傷的基本要求,加工方向平行面的金相組織, 該截面上存在許多孿晶, 孿晶對材料有一定的強化作用, 在超聲波作用下孿晶相互運動而吸收能量, 使超聲波產(chǎn)生衰減, 因此在進行超聲波探傷時應考慮這一因素進行適當補償 。

高強度、耐熱、導電鈦青銅的合金元素總量小于3.5%, 屬于高銅合金, 在固溶強化合金中鈦等元素對導電性能的影響比較大, 而時效析出的第二相顆粒對銅合金導電性的影響在3%IACS以下, 合金主要是通過沉淀強化來獲得高強度和保持其導電性能。由衍射花樣標定顯示該相是純Cr, Cr相的顆粒尺寸在500nm左右。在TEM下觀測的銅基體上的彌散析出相, 析出相的尺寸在20 nm左右, 通過對衍射花樣的標定, 證明該析出相為Ni3Ti, 基體為純銅組織。對于析出相的尺寸越大合金的強度和硬度就會越低, 因此鈦青銅的主要強化相為金屬間化合物Ni3 Ti, 析出的Cr相由于尺寸較大, 對合金強度的貢獻量相對有限。在合金中Zr以怎樣的形式還有待于研究, 理論研究表明在該合金中還可能存在CuxZr的析出相, 在大量的實驗研究中未能找出證明依據(jù), 所以在文中成分特征條件下的鈦青銅屬于復合析出強化機制。由導電理論可知金屬間化合物呈現(xiàn)大電阻特征, 但析出相的體積分數(shù)較小, 故材料仍保持良好的導電性能 。

1)鈦青銅經(jīng)900℃ ×1h(水淬) 20%(冷變形) 510℃ ×1.5h熱處理條件下的室溫性能如下:σb為720MPa, σ0.2為640MPa, δ5 為15%, HRB為96, 電導率為50%IACS;在427℃試驗條件下的力學性能如下:σb為530MPa, σ0.2為460 MPa, δ5 為5%, 達到了PDS13411 AL和ASTMB441所規(guī)定的鈹鈷銅合金性能指標。

2)鈦青銅是以Ni3 Ti和Cr復合沉淀強化, 其中Ni3Ti析出相的尺寸在20nm左右, 在基體上呈彌散分布為主強化相。

3)與鈹鈷銅相比鈦青銅的晶粒度對溫度敏感性強, 材料應避免在過時效狀態(tài)下使用 。2100433B

含一定量的氧、氮、碳、硅、鐵及其他元素雜質(zhì)的α相鈦。鈦含量不低于98%、含有少量氧、氮、氫、碳、硅和鐵等雜質(zhì)的致密金屬鈦。氧、氮、碳、氫和硅屬于間隙雜質(zhì)元素，鐵屬于替代式β穩(wěn)定元素。氧、氮、碳都能提高鈦的室溫抗拉強度，同時也會降低鈦的塑性，因此鈦中氧、氮、碳的含量都有比較嚴格的限制，特別是氧含量。氫在鈦中的溶解度很小，氫與鈦的反應是可逆的。氫對鈦性能的主要影響表現(xiàn)為“氫脆”，當鈦中氫含量達到一定量后，將會大大提高鈦對缺口的敏感性，從而急劇地降低缺口試樣的沖擊韌性等性能。通常規(guī)定鈦中氫含量不得超過0.015%。鈦是現(xiàn)代宇宙航空科學，海洋科學和核能發(fā)電等尖端科學工業(yè)所不可缺少的材料。鈦比一般金屬輕48%，且韌性強，耐酸堿性、抗腐蝕、穩(wěn)定性高，高強度，良好彈性等優(yōu)點，符合人體工程系，鈦對人體無毒，無任何輻射 。

鈦首飾并不能防輻射和調(diào)節(jié)“三高”

有這樣一種金屬首飾，能夠預防輻射，能調(diào)節(jié)“三高”，還可以緩解疲勞，可謂是“麻雀雖小，五臟俱全”。目前，在一些熱播的電視購物產(chǎn)品節(jié)目中，在網(wǎng)上，甚或在某些商場里的專柜前，營銷人員都會推薦一種具有這樣“神奇功效”的鈦制品首飾，或是項圈或是手鏈。一時間，神奇的鈦首飾為一些消費者廣為關注。

然而，對于鈦首飾，醫(yī)學專家認為，神奇鈦其實并不神奇，其“神奇功效”純屬忽悠人，消費者應擦亮眼睛，以防上當。

輕金屬不能防輻射

在某電視購物節(jié)目中，韓國某名牌的鈦手鏈打出了這樣的廣告語：現(xiàn)代人普遍因高科技產(chǎn)品帶來方便，同時被動地承受著因便利帶來的諸多副作用———高強輻射。鈦磁抗疲勞防輻射首飾能大量消除電磁波，平衡身體正負電位，達到防輻射的保健功效。

對此，全國神經(jīng)與精神疾病靶向治療委員會主任委員李安民教授介紹說，鈦是一種非常穩(wěn)定的金屬，具有強度高、重量輕、抗腐蝕、無磁性等物理特性。鈦在地球上的儲藏量并不少，但由于提煉成本高，因而目前還只是在航空航天、電子工業(yè)、精密儀器制造等方面應用。在醫(yī)學領域因其能抵抗人體分泌物的腐蝕且無毒，更多用于醫(yī)療器械和人體植入，如內(nèi)固定夾板、螺栓以及修補缺損的頭蓋骨等。

“由于鈦外觀具有亞光效果，氮化鈦在顏色上近于黃金，常被制成各種飾品，如項圈、手鏈等，它們僅具有觀賞的效果，絕不會有任何醫(yī)療功能。”李安民說，輻射包括電磁輻射和核素輻射，是一種具有穿透性的高能離子，呈波浪狀、散發(fā)性放射。真正能夠抵擋部分輻射離子的僅有鉛等少數(shù)重金屬，放射醫(yī)生常用鉛衣及鉛玻璃來預防和減少輻射。鈦是一種輕金屬，加之導熱率很高，本身就不是預防輻射的材料，更何況一個小小的項圈、手鏈之類的飾品，根本不可能有防輻射的作用。

調(diào)節(jié)“三高”無證據(jù)

在一些商場，鈦首飾的推銷人員常說鈦能調(diào)節(jié)“三高”。所謂“三高”，就是人們常講的高血壓、高血脂、高血糖。

然而，心血管專家、301醫(yī)院第一附屬醫(yī)院干部病房主任夏云峰對這一觀點斷然否認?！案哐獕?、高血脂、高血糖是人體非常復雜的代謝過程中出現(xiàn)的異常結果，也是多種疾病的啟動因素，需要通過運動、飲食、藥物等進行綜合調(diào)整，有的需要終生用藥?！?

夏云峰介紹，到目前為止，沒有見到鈦可以調(diào)節(jié)“三高”的任何證據(jù)?！叭绻胁∫欢ㄒ结t(yī)院進行正規(guī)的治療，絕不可將希望寄托在一個小小的項圈上，延誤治療?！?

緩解疲勞是忽悠

據(jù)了解，隨著競爭的激烈和生活節(jié)奏的加快，人們普遍感到工作壓力增大，疲憊感增強。鈦首飾制品正是“號”準了這一時代的脈搏，打出了“具有緩解疲勞功效”的宣傳語。某品牌鈦項圈的推銷人員介紹說，佩戴鈦項圈，熱量增加會使肌肉放松，并且刺激血流流動，幫助人們更好地消除血流中由疼痛產(chǎn)生的作用物和疲勞因子，最終達到抗疲勞的保健功效。

對此，李安民說，疲勞實際上是一種亞健康現(xiàn)象，如渾身沒勁、不想動;也有的表現(xiàn)為局部疲勞，如頸部疼痛、肩背部發(fā)僵等。導致疲勞的原因除病理性因素外，多與過度勞累、工作和精神壓力大等因素有關，也有的是由于睡眠或工作姿勢不良引起的，如長期伏案會引起頸部疼痛等。

“許多患者手術中使用了鈦質(zhì)內(nèi)固定、鈦質(zhì)頭蓋骨，這些病人尚未體驗到緩解疲勞的效果，體外戴一個小小的項圈、手鏈，又怎么能起到這種作用呢"sup--normal" data-sup="1" data-ctrmap=":1,"> [1] 2100433B

女性精神標志：鈦(Ti)——銀灰色金屬，比重為4.5g/立方厘米，常溫下熔點為1668°C，鈦質(zhì)地非常輕盈，卻又十分堅韌，代表都市女性輕盈、唯美而又堅韌。

男性精神標志：1795年德國科學家克拉普魯斯在研究金紅石時發(fā)現(xiàn)了鈦，他用古希臘神話中的大地之子泰坦(titan)來命名，而“泰坦精神”與勇往直前是同一個意思，它的天然強度和質(zhì)地有如泰坦一樣的英雄氣概，彰顯都市男性有如大地之子的“泰坦”精神。

愛情象征標志：鈦極具耐腐蝕，它不會像銀會變黑，在常溫下終身保持本身的色調(diào)。情侶飾品代表愛情的忠貞、永不背叛、始終如一的至尊品質(zhì)。 鈦制器官可以長期植入于人體內(nèi)部，可見其無害于人體的神奇，良好的生物相容性與無比忠誠的穩(wěn)定性讓鈦飾在與人體長期接觸后，也不會產(chǎn)生過敏，對皮膚、神經(jīng)與味覺都沒有不良影響，有如你若即若離的情人，所以它還有一頂高帽子：親生物金屬。因此它絕對對人體無害，對于皮膚過敏的現(xiàn)代人來說可成其首選。

鈦經(jīng)過復雜的提煉和繁雜加工工藝鈦首飾濾去了這個時代的浮躁和喧鬧，給人一種貼心的關照和靈魂的凈化，糅合中國文化傳統(tǒng)首飾工藝精髓，同時采用國際先進的加工技術，更與時尚最新首飾元素想結合。

目前的男性首飾消費者，基本是已成功或者正在走向成功的“弄潮兒”。在他們表面輝煌的背后，是一種銳意進取、積極挑戰(zhàn)人生、期待獲得更多財富和更高社會地位的進取心態(tài)?！?鈦首飾帶給人們的不僅是時尚的概念，更應該是生活價值的認同感。

怎樣鑒別純鈦首飾？ 評價的關鍵是衡量其整體重量、制作工藝。制作工藝憑肉眼就可判斷，而鑒別成色的簡易方法有以下幾種：

一、重量 純鈦是輕便貴金屬，鈦的重量是同體積鋼一半，銀的一半不到，手感很輕；

二、磁性 純鈦沒有磁性，有磁性的一定不是純鈦；

三、最有效的手工檢測方法：

用制品用力劃陶瓷器具，陶瓷器具會留下深深的黑色印子，印子越深代表純度越高，而且這印子是用橡皮擦擦不去的。