Waarom zijn snijgereedschappen van titanium of titaniumlegeringen zeldzaam?

1. Zwakke prestaties vergeleken met stalen snijgereedschappen
Het meten van prestaties vereist een uitgebreide overweging van de serviceomstandigheden. Nieuwe enthousiastelingen die nieuw zijn in de snijring concentreren zich vaak op hardheid/sterkte, terwijl ze andere prestatie-indicatoren negeren. Het grootste probleem met titaniumlegeringen als gereedschapsmateriaal is de elasticiteitsmodulus. De elasticiteitsmodulus van titanium is 106,4 GPa bij kamertemperatuur, wat 57% is van die van staal. De elastische modulus vertegenwoordigt het vermogen van een materiaal om elastische vervorming te weerstaan. Deze lage waarde betekent dat messen van titaniumlegering tijdens het productieproces gevoelig zijn voor hevig schudden, wat de effectiviteit van de snijtechniek beïnvloedt.
In 2012 lanceerde het Amerikaanse bedrijf NEMO Arms zelfs een AR10-aanvalsgeweer dat volledig uit titaniumlegeringen bestond. Naast het hoge kostenprobleem dat wordt veroorzaakt door de verwerking van titaniumlegeringen, heeft het gewelddadige schudden van de wapengod als gevolg van de lage elastische modulus ook invloed op de prestaties. Het is duidelijk dat dit product met beperkte prestaties en extreem hoge kosten alleen een high-end speelgoed zoals de Golden AK kan worden.
Bovendien is een titaniumlegering zwakker dan constructiestaal in termen van hardheid en slijtvastheid. Titaniumlegering is niet gemakkelijk te slijpen, wat mensen de illusie geeft van slijtvastheid. In feite hebben titaniumlegeringen een slechte slijtvastheid en zijn ze gevoelig voor adhesieve slijtage. Na er een tijdje mee gespeeld te hebben, zorgden de krassen op de spiegel voor problemen bij gereedschapsliefhebbers met OCD.
Het grootste obstakel bij het gebruik van titaniumlegeringen als gereedschapsmateriaal ligt in de kwestie van het matchen van sterkte en taaiheid.
In het productieproces van stalen snijgereedschappen is handmatig smeden een veelgebruikt proces, dat de microstructuur in het gereedschap optimaliseert en de sterkte en taaiheid ervan verbetert. Belangrijker nog is dat staal een unieke versterkende en hardende eigenschap heeft: martensitische transformatie. Na verwarming tot de volledig austenitiseerde temperatuur wordt het staal snel afgekoeld tot kamertemperatuur, wat resulteert in een niet-evenwicht in de vaste fase (koolstofatomen zijn moeilijk effectief te migreren en vormen een niet-diffusieve faseovergang). Na het blussen heeft het staal een hoge sterkte en hardheid, maar onvoldoende taaiheid. In combinatie met het temperproces wordt martensiet omgezet in getemperd martensiet, waardoor een goede match ontstaat tussen sterkte en taaiheid. Bovendien kan het proces van martensitische transformatie op andere manieren worden gecontroleerd. Japanse messen worden bijvoorbeeld gemaakt met speciaal gemaakte klei op de achterkant van het mes voordat ze worden geblust. Tijdens het blussen is de afkoelsnelheid van het met klei bedekte gebied langzamer dan de kritische waarde, wat resulteert in de vorming van martensiet op de achterkant van het blad. Dit vormt een goede en stoere combinatie lemmet/rug. In feite zijn Japanse messen recht voordat ze worden gedoofd. Na het blussen zorgde de volume-expansie van de martensitische transformatie ter plaatse van het bladgebied ervoor dat het blad kromde. Uiteraard vormt het snijgereedschap zelf een bimetaalstructuur tijdens het smeedproces, wat ook moeilijk te bereiken is bij de productie van snijgereedschappen van titaniumlegeringen, dus dit zal hier niet verder worden uitgewerkt.
Aan de andere kant vertonen titaniumlegeringen, hoewel Type en + Type titaniumlegeringen allotropie-transformatie vertonen en de basis hebben voor martensitische transformatie. Door de afwezigheid van een migratiemechanisme vergelijkbaar met koolstof in staal neemt de taaiheid echter af en vertoont de sterkte geen enkele verbetering. Dit beperkt dus de prestaties van snijgereedschappen van titaniumlegeringen.
2. Moeilijkheden bij de verwerking en hoge productiekosten
De reserves aan titanium op aarde zijn niet significant, en de hoge kosten zijn te wijten aan de verwerkingsproblemen. Titanium zelf heeft een hoge activiteit en de corrosieweerstand bij kamertemperatuur is te danken aan de vorming van een oxidefilm. Het is gemakkelijk om zuurstof en stikstof te absorberen tijdens verwerking bij hoge temperaturen. Meestal gaat het om vacuümapparatuur. Bovendien is het slijpen van titaniumlegeringen moeilijk. Dit is duidelijk niet verenigbaar met traditionele gereedschapsverwerkingsprocessen (smeden, warmtebehandeling, slijpen). Als een titaniumlegering als gereedschap wordt gebruikt, zal dit de productiekosten verhogen en raketten de lucht in laten vliegen, en de prestaties zijn mogelijk niet erg goed. Als je geld hebt en wispelturig bent, moet je de duurdere kiezen in plaats van de betere. Waarom zou je geen goud of zilver gebruiken om het te maken? De kosten worden voornamelijk weerspiegeld in de grondstoffen en het verwerkingsverlies is niet hoog. Behalve dat het concurrerend is, is het ook bestand tegen inflatie. Laten we er meer over leren?
3. Potentiële corrosieproblemen
Titaniumlegering zelf is zeer corrosiebestendig. Maar het probleem ligt ook hierin. Omdat het lastig is om met één materiaal een mes van top tot teen te maken. Zodra titanium in contact komt met andere metalen zoals aluminium en staal, bestaat het risico op galvanische corrosie. Een duur zwaard van titaniumlegering bleek, na jarenlang verzamelen door enthousiastelingen, zijn handvat, handbeschermer en schede te hebben verloren.
Bovenstaande zijn de algemene redenen waarom snijgereedschappen van titaniumlegeringen niet mainstream zijn geworden. Uiteraard hebben snijgereedschappen van titaniumlegeringen kenmerken zoals lichtgewicht, paramagnetische of diamagnetische eigenschappen en het vermogen om prachtige oxidefilms te vormen, die nog steeds praktische betekenis hebben.