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简述钛合金

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新浪微博达人勋

  • TA的每日心情
    开心
    2015-3-20 11:29
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    [LV.1]初来乍到

    简述钛合金


    钛的历史:
    1791年,被英国修道士William Gregor发现,1795年,正式命名为Titane-钛,这个名字来自于希腊神话中的巨人泰坦之名。直到1910年,才第一次提炼出了纯度为99.9%的钛,是一个名为Matthew Albert Hunter的人从炸弹的钢片中加热提炼出了TiC14(四氯化钛)和钠。时至今日,钛的生产方法是通过从TiC14和镁,这两种物质中还原而来。这种方法是1946年,由William Justin Kroll发展的。

    力学性质:
    首先,我们要知道,钛极难提炼。因为它必须被隔离,然后再进行昂贵而又复杂的化学工序。纯钛意味着什么也不是,因为它太柔软了。为了让它有实用价值,必须给它添加别的金属作为助手。当然,这一切的前提是根据钛本身固有的性质去做。所以,我们通常所称的“钛”,它是一种有着特殊性质的合金。从总的观点来看,钛的出色在于它有很高的强度,质量比(强度高,但是质量轻),良好的抗腐蚀性,非磁性。热膨胀和热传导系数小,抗冲击韧性(国内有的车友称之为金属还原性)和抗疲劳指数高等主要特点。
    材料学上,我们称钛合金为同素异形金属,因为它能呈现出不同的晶体形状。有六角形或者立方体。

    钛合金管材的敏感性:
    如果把钛实用于工业中,主要困难是钛对摩擦带来的损耗很敏感。简单举例就是,在高速中,链条对一片纯钛飞轮的磨损,就像焊接时产生的反应那样剧烈。我想,用这样一个化学例子来解释就会使大家明白得更加简单,但不是在吓唬人。虽然钛的六角形晶体结构使其性质优异,但是温度能让此结构有所改变(这里是化学变化,跟前面所讲的热膨胀,热传导等物理变化不属于同一范畴)。因为这个原因,我们把钛称为饱和晶体结构,因此钛合金中不能够有一点的杂质,哪怕是很小的含量。否则,在钛管的焊接线内部会出现裂口。现在我们大概知道了这些困难,那么怎么样对钛合金管材进行焊接呢。

    一只钛合金车架,我们不能用取近似值的态度来对待。在焊接的时候,高温的环境下,要把所有危险的范围用气体隔离,使之不被杂质“感染”。我们称之为沐浴式熔化(试想人在冲洗热水澡时,就是全身被热水包围,顾名思义)。于是,我们采用气体被称为“监督气体”。在焊接的小环境里,这种气体时惰性的。我们有两种方法来创造一个焊接环境,第一种方法是使用一个钟形罩,另一种方法是在焊接部位维持提供一种惰性气体,要求源源不断,流量丰富,持续稳定,用气流将整个环境笼罩。一般我们选用氩气和氦气,因为它们容易被提供,而且价格便宜。在用量上面,是将75%的氩气和25%的氦气混合。对于一些特殊情况,比如说焊接部分较大,为了优化效率,也会使用电弧来充当气体环境。

    监督气体也不能保证能提供一个完全被气体密闭的环境,毕竟工人在手工焊接时,手套还是要接触管材。为了减小这个影响,好点的焊接工作间都会先净化空气环境,而且会在此空间内冲入大量的中性气体,这所有的一切带来的显著问题就是——成本的提高(现在大家该知道为什么钛合金车架贵了吧)。

    主要的焊接技术有三种,都是采用电弧。
    TIG(Tungstene Inert Gas 惰性钨气体焊接),这种焊接方法在上次给王木土的Lapierre资料中提到过。这里采用的是一种用钨做丝的不可熔电极。
    MIG(Metal Inert Gas 惰性金属气体焊接),它使用的是线圈状的可熔电极。
    PAW,这种方法暂时没有应用于自行车制造,主要用于军工。

    不同型号的钛合金:
    3AL-2.5V (就是含3%的铝,2.5%的钒),它是最典型的,也是我们见得最多的钛合金。用它造出的车架骑起来比较舒服。在欧洲,老年人多喜欢选用这种钛合金车架。3/2.5管材一般是抽拉成的,横截面较大,与经典的圆管相似。所以用它来造车架比较普遍。

    6AL-4V(6%的铝,4%的钒),它就硬很多。它不能抽拉成管材,或者讲很难。它一般是用旋转的车床来加工的(就是大家通常说的车出来),焊接的时候要用到金属片,不能单纯熔化本质材料连接。现在用6/4管材做车架技术最好的就是Litespeed,很少有品牌能掌握好这个技术。6/4钛合金常常用来制造那些刚性要求高的小部件,比如说后叉爪,主轴,螺丝,车头转向五件,轮轴轴心等。

    再添加点钛的小知识
    钛的主要生产地:
    自行车使用的钛合金,主要来自两处。首先是美国。美国是世界上钛合金车架最大的生产地,所以他们的钛合金也更加贵族一点。
    除开美国,其余的钛合金大部分来自于亚洲。前苏联解体后,用于军工的钛就被用来造自行车了。这些钛合金并不是不好,但是根据型号,性质差别很大。因为价格便宜,所以很多美国品牌也大量订购。如果一只钛合金车架没有很明确的标明是“Made in USA”,那么它的钛合金就肯定来自亚洲。

    1996年统计的钛金属产量排名:
    1.日本 26000吨
    2.美国 22800吨
    3.哈萨克斯坦 25000吨
    4. 俄罗斯 22000吨
    5.乌克兰 5000吨
    6.中国 2000吨

    钛的一些性质:
    密度:4507KG/立方米
    熔点:1941度
    沸点:3560度
    钛的强度和钢材差不多,但是比钢轻了45%
    钛的密度是铝的1.6倍,但是刚性是铝的两倍。(这里为铝讨回一个公道,铝比钛轻。但是因为强度和刚性原因,制造相同要求的车架,所用的材料钛比铝起码要少一倍,但是密度仅仅比铝重0.6倍,所以最后的车架要轻上许多)

    最后上一张照片,我再巴黎车展拍的一段钛合金管材,来自Merlin,是6/4的钛合金管,车出来的。

    简述钛合金 - 天空自行车 - 2005/2005101706090316.jpg



    注:以上钛合金资料来源于法国巴黎六大材料学专业课堂笔记,法国L'ACHETEUR CYCLISTE自行车杂志,法国CYCLE SPORT自行车杂志,法国LE CYCLE自行车杂志,法国TOP VELO自行车杂志。
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    新浪微博达人勋

  • TA的每日心情
    开心
    2018-9-4 20:05
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    [LV.1]初来乍到

    王木土 发表于 2005-10-17 14:50 | 显示全部楼层
    感谢konadbrgt筒子为我们提供了系统了解钛材料的机会,从此钛合金对于我们不再那么陌生和神秘。

    新浪微博达人勋

  • TA的每日心情
    慵懒
    2022-8-25 09:32
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    [LV.6]常住居民II

    小滔 发表于 2005-10-17 22:34 | 显示全部楼层
    上次准备换车驾的时候曾经打算定做,但后来价格太贵,只好作罢。

    新浪微博达人勋

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    开心
    2015-3-20 11:29
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    [LV.1]初来乍到

    konadbrgt  楼主| 发表于 2005-10-18 13:23 | 显示全部楼层
    可能定做CARBON的要便宜许多,钛的一直都很贵

    新浪微博达人勋

    该用户从未签到

    haozi 发表于 2005-10-18 16:03 | 显示全部楼层
    希望大家和我交流骑行经验! T:13484954811. 

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    开心
    2018-9-4 20:05
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    [LV.1]初来乍到

    王木土 发表于 2005-10-19 07:54 | 显示全部楼层
    希望楼上的和大家交流经验

    新浪微博达人勋

  • TA的每日心情
    开心
    2014-8-28 15:26
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    [LV.1]初来乍到

    彩色天空 发表于 2005-10-20 06:28 | 显示全部楼层
    我的钛架子已经卖掉 汗 呵呵  
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