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木虫之王 (文学泰斗)

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[交流] 【其它】揭开新合金X的真面目

揭开新合金X的真面目
2010/08/04 00:00
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　　认为“材料厂商有责任保证稳定供应”的大同特殊钢开发出了新合金X，这种合金虽不含如下图所示价格变动较大的钼（Mo）和钒（V），但可确保与以往含有这些元素的合金相当的性能。由于其重量轻、强度高，目前已被右侧照片中的部分部件采用。

究竟什么是新合金？

　　大同特殊钢的新合金X为β型钛合金。成分为Ti-13Cr-1Fe-3Al，不仅是V及Mo，其他称为稀有金属的元素也一概未使用，目前已被实际用于自行车部件（右图a）。
　　β型钛合金具有塑性加工性出色以及可通过热处理提高强度等特点，要制造这种钛合金，必须添加“β稳定化元素”，其代表性元素便是V和Mo。
　　但如上图所示，2002年每lb不到3美元的Mo（三氧化钼）在几年内价格曾一度暴涨至原来的15倍左右，而每公斤6美元多的V（钒铁）则暴涨至原来的20倍左右，参考文献1）。该公司认为“预料之外的价格暴涨可能会导致供应中断”，于是加紧开发不含V及Mo的钛合金。
　　合金设计的关键在于选择哪些β稳定化元素来代替V及Mo添加到合金中。该公司选中了比较稳定且容易采购的铬（Cr）和铁（Fe）。但是，这两种元素存在容易发生偏析以及生成脆弱的金属间化合物等难题。为了解决这些问题，该公司在优化材料成分的同时，充分利用了“PPC（等离子体层叠凝固）炉”等自主制造技术（右图b）。这样，价格稳定且比原来的β合金便宜2成左右的“CATi”就诞生了。
　　首先采用这种新合金的企业是日本顶级自行车部件厂商禧玛诺（Shimano）。该公司将其用在位于前轮用3档变速链环中间位置的中速齿轮上。该链环的3个齿轮分别采用不同的材料，尺寸较大的低速齿轮由铝合金制成，较小的高速齿轮由钢制成。如果中速齿轮采用铝合金的话，强度会不足；而采用钢材料的话，重量会稍有增加。比铝合金强度高、重量比钢轻的新型钛合金，正是适合中速齿轮使用的理想材料。
　　但是，齿轮的齿顶会受到相当大的负荷。对此该公司利用加工硬化，单独对齿顶进行冲压加工以提高了强度（右图c）1）。而齿顶以外的部分未进行冷作加工，因而可发挥出色的韧性，有助于提高安全性。这种新合金的易用性十分出色。
■参考文献
1）小川等人撰写的“无钒钼β型钛合金‘CATi’的开发”，《Materia》第46卷第2号，p96-98，2007年。
■日文原文
果たして，新合金Xの正体は…

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