钛青铜

钛青铜固溶处理的目的是使第二相粒子充分、均匀地溶入基体内, 并经快冷(水淬)得到过饱和固溶体, 为材料的冷变形和沉淀强化作准备。确定合金固溶的有效性是通过检验溶质原子在基体中的溶解度来实现的, 第二相粒子在基体中的溶解度越大, 所引起的晶格畸变越显著, 致使材料对电子的散射能力增强, 在宏观上表现为导电性能下降, 在冷变形量固定条件下材料成品时的晶粒度与固溶温度相关, 通过测量固溶处理后材料的导电性及成品时的晶粒度来确定最佳固溶温度。材料在940℃ ×1h(水淬)条件下固溶最充分, 但是在冷变形量固定条件下材料成品时的晶粒度与固溶温度相关, 合金晶粒度越大对超声波的衰减越明显, 所以在确定固溶温度时应考虑材料的晶粒度,选择900℃ ×1h(水淬)为固溶处理工 艺。

合金经固溶和冷变形后的时效处理是沉淀强化合金的关键工艺, 在该工艺下第二相粒子从固溶体内匀分析出, 弥散分布在基体中形成沉淀相, 沉淀相能有效阻止晶界和位错的移动, 从而大大提高合金强度, 同时固溶体脱溶后晶格畸变得以恢复, 材料的导电性能获得提升。钛青铜获得峰值硬度的时间与时效温度呈反比, 而其延伸率随时效温度和时间的提高而增加, 试验表明钛青铜的导电率主要随时效时间延长而提高, 但逐渐呈饱和趋势。钛青铜在欠时效时塑性和导电率偏低, 过时效时塑性和导电率较高, 但晶粒明显长大, 不利于超声波探伤检验, 生产汽轮发电机槽楔时应选择硬度峰值时间, 其时效温度在500 ～ 520℃较为理想 。

合金固溶后的冷变形可增加晶体内部的位错密度, 显著提高其强度和硬度, 为时效析出提供空间,冷变形引起的晶格畸变较少, 因而对合金的电导率影响较小, 钛青铜槽楔等产品多采用自由锻成形。在相同时效温度条件下, 合金硬度的峰值时间与冷变形率成反比, 亦即加大冷变形量可缩短时效时间, 实践表明大变形量时合金的晶粒细小, 但易诱发锻件内部裂纹和析出物的偏聚现象, 变形量太小晶粒不够细, 又不满足超声波探伤的基本条件, 因此材料冷变形量应控制在15% ～ 25%之间。

铜合金以其优良的导电、传热性能在工程上获得了广泛应用。随着科学技术的进步, 现代工业装备的发展对铜合金的综合性能提出了新的要求, 期望其保持导电性的同时还具备高强度和耐热性。高强度、耐热、导电铜合金的代表材料为CuCo2Be合金, 该材料在国内外已有多年的应用, 但由于合金元素Co、Be的资源紧缺和价格昂贵使得CuCo2Be合金成本一直很高, 且CuCo2Be合金在熔铸过程中产生的铍及其化合物粉尘是毒性最为严重的工业污染物,含铍铜合金的生产对环境和人体健康构成了极大威胁, 促使材料工作者及相关产业致力于研制和开发含铍铜合金的代用材料。目前已见应用报道并形成了行业标准的铍青铜代用材料是CuNi2SiCr合金, 该合金强度较高, 但导电性能较CuCo2Be合金降低了15%左右, 故其应用领域受到一定限制。文中研究的钛青铜的综合性能达到了CuCo2Be合金水平, 但该材料工艺条件要求苛刻, 在工业化生产中质量控制难度大, 因此开展该材料的热加工工艺及组织性能研究意义重大。

钛青铜材料的化学成分中Ni和Ti组成金属间化合物, 通过沉淀析出对基体进行强化, 是合金中的主要强化相;Cr和Zr可细化晶粒、提高材料的热强性, 同时也存在析出强化作用;B和RE在合金中净化晶界、提高合金的导电性能。因此, 钛青铜的热处理主要包含固溶和时效工艺 。

钛青铜在典型的热处理及变形工艺条件下的综合性能达到了美国PDS13411 AL和ASTM B441所规定的铍钴铜合金的性能水平。断口的韧窝内存在细小的粒子, 韧窝形状显示为等轴韧窝, 韧窝尺寸比较均匀, 说明材料的塑性能力较高, 且第二相粒子分布均匀, 体现了弥散强化特征。断口上可以明显看出韧窝的形状, 保持了一定的塑性, 断口氧化也较轻, 说明材料有良好的热强性和抗氧化性。

高强度、耐热、导电钛青铜的合金元素总量小于3.5%, 属于高铜合金, 在固溶强化合金中钛等元素对导电性能的影响比较大, 而时效析出的第二相颗粒对铜合金导电性的影响在3%IACS以下, 合金主要是通过沉淀强化来获得高强度和保持其导电性能。由衍射花样标定显示该相是纯Cr, Cr相的颗粒尺寸在500nm左右。在TEM下观测的铜基体上的弥散析出相, 析出相的尺寸在20 nm左右, 通过对衍射花样的标定, 证明该析出相为Ni3Ti, 基体为纯铜组织。对于析出相的尺寸越大合金的强度和硬度就会越低, 因此钛青铜的主要强化相为金属间化合物Ni3 Ti, 析出的Cr相由于尺寸较大, 对合金强度的贡献量相对有限。在合金中Zr以怎样的形式还有待于研究, 理论研究表明在该合金中还可能存在CuxZr的析出相, 在大量的实验研究中未能找出证明依据, 所以在文中成分特征条件下的钛青铜属于复合析出强化机制。由导电理论可知金属间化合物呈现大电阻特征, 但析出相的体积分数较小, 故材料仍保持良好的导电性能 。

钛青铜采用900℃固溶后不同时效工艺条件下的金相组织, 可以看出材料的晶粒度对温度的敏感性较强, 随时效温度升高晶粒明显变大。当固溶温度一定时, 在510 ±10℃范围内时效, 材料的强塑性有良好的匹配, 且晶粒度满足探伤的基本要求,加工方向平行面的金相组织, 该截面上存在许多孪晶, 孪晶对材料有一定的强化作用, 在超声波作用下孪晶相互运动而吸收能量, 使超声波产生衰减, 因此在进行超声波探伤时应考虑这一因素进行适当补偿 。

1)钛青铜经900℃ ×1h(水淬) 20%(冷变形) 510℃ ×1.5h热处理条件下的室温性能如下:σb为720MPa, σ0.2为640MPa, δ5 为15%, HRB为96, 电导率为50%IACS;在427℃试验条件下的力学性能如下:σb为530MPa, σ0.2为460 MPa, δ5 为5%, 达到了PDS13411 AL和ASTMB441所规定的铍钴铜合金性能指标。

2)钛青铜是以Ni3 Ti和Cr复合沉淀强化, 其中Ni3Ti析出相的尺寸在20nm左右, 在基体上呈弥散分布为主强化相。

3)与铍钴铜相比钛青铜的晶粒度对温度敏感性强, 材料应避免在过时效状态下使用 。2100433B

含一定量的氧、氮、碳、硅、铁及其他元素杂质的α相钛。钛含量不低于98%、含有少量氧、氮、氢、碳、硅和铁等杂质的致密金属钛。氧、氮、碳、氢和硅属于间隙杂质元素，铁属于替代式β稳定元素。氧、氮、碳都能提高钛的室温抗拉强度，同时也会降低钛的塑性，因此钛中氧、氮、碳的含量都有比较严格的限制，特别是氧含量。氢在钛中的溶解度很小，氢与钛的反应是可逆的。氢对钛性能的主要影响表现为“氢脆”，当钛中氢含量达到一定量后，将会大大提高钛对缺口的敏感性，从而急剧地降低缺口试样的冲击韧性等性能。通常规定钛中氢含量不得超过0.015%。钛是现代宇宙航空科学，海洋科学和核能发电等尖端科学工业所不可缺少的材料。钛比一般金属轻48%，且韧性强，耐酸碱性、抗腐蚀、稳定性高，高强度，良好弹性等优点，符合人体工程系，钛对人体无毒，无任何辐射 。

钛首饰并不能防辐射和调节“三高”

有这样一种金属首饰，能够预防辐射，能调节“三高”，还可以缓解疲劳，可谓是“麻雀虽小，五脏俱全”。目前，在一些热播的电视购物产品节目中，在网上，甚或在某些商场里的专柜前，营销人员都会推荐一种具有这样“神奇功效”的钛制品首饰，或是项圈或是手链。一时间，神奇的钛首饰为一些消费者广为关注。

然而，对于钛首饰，医学专家认为，神奇钛其实并不神奇，其“神奇功效”纯属忽悠人，消费者应擦亮眼睛，以防上当。

轻金属不能防辐射

在某电视购物节目中，韩国某名牌的钛手链打出了这样的广告语：现代人普遍因高科技产品带来方便，同时被动地承受着因便利带来的诸多副作用———高强辐射。钛磁抗疲劳防辐射首饰能大量消除电磁波，平衡身体正负电位，达到防辐射的保健功效。

对此，全国神经与精神疾病靶向治疗委员会主任委员李安民教授介绍说，钛是一种非常稳定的金属，具有强度高、重量轻、抗腐蚀、无磁性等物理特性。钛在地球上的储藏量并不少，但由于提炼成本高，因而目前还只是在航空航天、电子工业、精密仪器制造等方面应用。在医学领域因其能抵抗人体分泌物的腐蚀且无毒，更多用于医疗器械和人体植入，如内固定夹板、螺栓以及修补缺损的头盖骨等。

“由于钛外观具有亚光效果，氮化钛在颜色上近于黄金，常被制成各种饰品，如项圈、手链等，它们仅具有观赏的效果，绝不会有任何医疗功能。”李安民说，辐射包括电磁辐射和核素辐射，是一种具有穿透性的高能离子，呈波浪状、散发性放射。真正能够抵挡部分辐射离子的仅有铅等少数重金属，放射医生常用铅衣及铅玻璃来预防和减少辐射。钛是一种轻金属，加之导热率很高，本身就不是预防辐射的材料，更何况一个小小的项圈、手链之类的饰品，根本不可能有防辐射的作用。

调节“三高”无证据

在一些商场，钛首饰的推销人员常说钛能调节“三高”。所谓“三高”，就是人们常讲的高血压、高血脂、高血糖。

然而，心血管专家、301医院第一附属医院干部病房主任夏云峰对这一观点断然否认。“高血压、高血脂、高血糖是人体非常复杂的代谢过程中出现的异常结果，也是多种疾病的启动因素，需要通过运动、饮食、药物等进行综合调整，有的需要终生用药。”

夏云峰介绍，到目前为止，没有见到钛可以调节“三高”的任何证据。“如果有病一定要到医院进行正规的治疗，绝不可将希望寄托在一个小小的项圈上，延误治疗。”

缓解疲劳是忽悠

据了解，随着竞争的激烈和生活节奏的加快，人们普遍感到工作压力增大，疲惫感增强。钛首饰制品正是“号”准了这一时代的脉搏，打出了“具有缓解疲劳功效”的宣传语。某品牌钛项圈的推销人员介绍说，佩戴钛项圈，热量增加会使肌肉放松，并且刺激血流流动，帮助人们更好地消除血流中由疼痛产生的作用物和疲劳因子，最终达到抗疲劳的保健功效。

对此，李安民说，疲劳实际上是一种亚健康现象，如浑身没劲、不想动;也有的表现为局部疲劳，如颈部疼痛、肩背部发僵等。导致疲劳的原因除病理性因素外，多与过度劳累、工作和精神压力大等因素有关，也有的是由于睡眠或工作姿势不良引起的，如长期伏案会引起颈部疼痛等。

“许多患者手术中使用了钛质内固定、钛质头盖骨，这些病人尚未体验到缓解疲劳的效果，体外戴一个小小的项圈、手链，又怎么能起到这种作用呢"sup--normal" data-sup="1" data-ctrmap=":1,"> [1] 2100433B

女性精神标志：钛(Ti)——银灰色金属，比重为4.5g/立方厘米，常温下熔点为1668°C，钛质地非常轻盈，却又十分坚韧，代表都市女性轻盈、唯美而又坚韧。

男性精神标志：1795年德国科学家克拉普鲁斯在研究金红石时发现了钛，他用古希腊神话中的大地之子泰坦(titan)来命名，而“泰坦精神”与勇往直前是同一个意思，它的天然强度和质地有如泰坦一样的英雄气概，彰显都市男性有如大地之子的“泰坦”精神。

爱情象征标志：钛极具耐腐蚀，它不会像银会变黑，在常温下终身保持本身的色调。情侣饰品代表爱情的忠贞、永不背叛、始终如一的至尊品质。 钛制器官可以长期植入于人体内部，可见其无害于人体的神奇，良好的生物相容性与无比忠诚的稳定性让钛饰在与人体长期接触后，也不会产生过敏，对皮肤、神经与味觉都没有不良影响，有如你若即若离的情人，所以它还有一顶高帽子：亲生物金属。因此它绝对对人体无害，对于皮肤过敏的现代人来说可成其首选。

钛经过复杂的提炼和繁杂加工工艺钛首饰滤去了这个时代的浮躁和喧闹，给人一种贴心的关照和灵魂的净化，糅合中国文化传统首饰工艺精髓，同时采用国际先进的加工技术，更与时尚最新首饰元素想结合。

目前的男性首饰消费者，基本是已成功或者正在走向成功的“弄潮儿”。在他们表面辉煌的背后，是一种锐意进取、积极挑战人生、期待获得更多财富和更高社会地位的进取心态。” 钛首饰带给人们的不仅是时尚的概念，更应该是生活价值的认同感。

怎样鉴别纯钛首饰？ 评价的关键是衡量其整体重量、制作工艺。制作工艺凭肉眼就可判断，而鉴别成色的简易方法有以下几种：

一、重量 纯钛是轻便贵金属，钛的重量是同体积钢一半，银的一半不到，手感很轻；

二、磁性 纯钛没有磁性，有磁性的一定不是纯钛；

三、最有效的手工检测方法：

用制品用力划陶瓷器具，陶瓷器具会留下深深的黑色印子，印子越深代表纯度越高，而且这印子是用橡皮擦擦不去的。