Proč jsou řezné nástroje vyrobené z titanu nebo titanových slitin vzácné?

1. Slabý výkon ve srovnání s ocelovými řeznými nástroji
Měření výkonu vyžaduje komplexní zvážení provozních podmínek. Noví nadšenci, kteří jsou s řezným kroužkem noví, se často zaměřují na tvrdost/sílu, zatímco ignorují ostatní ukazatele výkonu. Hlavní problém slitiny titanu jako nástrojového materiálu pochází z jejího modulu pružnosti. Modul pružnosti titanu je 106,4 GPa při pokojové teplotě, což je 57 % modulu pružnosti oceli. Modul pružnosti představuje schopnost materiálu odolávat elastické deformaci. Tato nízká hodnota znamená, že nože z titanové slitiny jsou náchylné k silnému otřesu během výrobního procesu, což ovlivňuje efektivitu techniky řezání.
Ve skutečnosti v roce 2012 americká společnost NEMO Arms uvedla na trh útočnou pušku AR10 z celé titanové slitiny. Kromě problému s vysokými náklady způsobenými zpracováním titanové slitiny ovlivňuje jeho výkon také prudké otřesy boha zbraně v důsledku nízkého modulu pružnosti. Je zřejmé, že tento produkt s omezeným výkonem a extrémně vysokou cenou se může stát pouze špičkovou hračkou, jako je Golden AK.
Slitina titanu je navíc slabší než konstrukční ocel z hlediska tvrdosti a odolnosti proti opotřebení. Slitinu titanu není snadné brousit, což dává lidem iluzi odolnosti proti opotřebení. Ve skutečnosti mají titanové slitiny špatnou odolnost proti opotřebení a jsou náchylné k adhezivnímu opotřebení. Po chvíli hraní s ním škrábance na zrcátku způsobily potíže nadšencům nástrojů s OCD.
Hlavní překážka použití titanové slitiny jako nástrojového materiálu spočívá v otázce odpovídající pevnosti a houževnatosti.
Při výrobě ocelových řezných nástrojů je běžným procesem ruční kování, které optimalizuje mikrostrukturu uvnitř nástroje a zlepšuje jeho pevnost a houževnatost. Ještě důležitější je, že ocel má jedinečnou vlastnost zpevňování a tuhnutí – martenzitickou přeměnu. Po zahřátí na plně austenitizovanou teplotu je ocel rychle ochlazena na pokojovou teplotu, což má za následek nerovnovážný přechod v pevné fázi (u atomů uhlíku je obtížné dosáhnout efektivní migrace a tvoří nedifuzní fázový přechod). Po kalení má ocel vysokou pevnost a tvrdost, ale nedostatečnou houževnatost. V kombinaci s procesem temperování se martenzit přeměňuje na temperovaný martenzit, který tvoří dobrou shodu mezi pevností a houževnatostí. Kromě toho může být proces martenzitické transformace řízen jinými prostředky. Například japonské nože se vyrábějí ze speciálně vyrobené hlíny na hřbetu nože před kalením. Během kalení je rychlost ochlazování oblasti pokryté jílem nižší než kritická hodnota, což má za následek tvorbu martenzitu na hřbetu čepele. To tvoří dobrou a pevnou kombinaci čepele/hřbetu. Ve skutečnosti jsou japonské nože před kalením rovné. Po kalení objemová expanze martenzitické transformace v oblasti čepele způsobila ohnutí čepele. Řezný nástroj samozřejmě sám tvoří při procesu kování bimetalickou strukturu, což je při výrobě řezných nástrojů z titanové slitiny rovněž obtížně dosažitelné, proto zde nebude rozveden.
Na druhé straně slitiny titanu, ačkoli slitiny titanu typu a + typu vykazují alotropickou transformaci a mají základ pro martenzitickou transformaci. Vzhledem k absenci migračního mechanismu podobného uhlíku v oceli však houževnatost klesá a pevnost nevykazuje žádné zlepšení. To omezuje výkon řezných nástrojů z titanové slitiny.
2. Obtížnost zpracování a vysoké výrobní náklady
Zásoby titanu na Zemi nejsou významné a vysoké náklady jsou způsobeny jeho obtížemi při zpracování. Titan sám o sobě má vysokou aktivitu a jeho odolnost proti korozi při pokojové teplotě je způsobena tvorbou oxidového filmu. Při vysokoteplotním zpracování je snadné absorbovat kyslík a dusík. Obecně se jedná o vakuové zařízení. Kromě toho je broušení titanové slitiny obtížné. To zjevně není kompatibilní s tradičními procesy zpracování nástrojů (kování, tepelné zpracování, broušení). Pokud se jako nástroj použije slitina titanu, zvýší se výrobní náklady a rakety budou létat do nebe a výkon nemusí být příliš dobrý. Pokud máte peníze a jste rozmarní, měli byste si vybrat dražší než lepší. Proč k jeho vytvoření nepoužít zlato nebo stříbro? Náklady se odrážejí hlavně v surovinách a ztráta při zpracování není vysoká. Kromě toho, že je konkurenceschopný, může také odolávat inflaci. Pojďme se o tom dozvědět více?
3. Potenciální problémy s korozí
Samotná slitina titanu je velmi odolná proti korozi. Problém je ale i v tomto. Protože je těžké vyrobit nůž od hlavy až k patě z jediného materiálu. Jakmile se titan dostane do kontaktu s jinými kovy, jako je hliník a ocel, existuje riziko galvanické koroze. U drahého meče z titanové slitiny bylo po letech sbírání nadšenci zjištěno, že ztratil rukojeť, záštitu a pochvu.
Výše uvedené jsou obecné důvody, proč se řezné nástroje z titanové slitiny nestaly hlavním proudem. Řezné nástroje z titanové slitiny mají samozřejmě vlastnosti, jako je lehkost, paramagnetické nebo diamagnetické vlastnosti a schopnost vytvářet krásné oxidové filmy, které mají stále praktický význam.