Nože - Nůž - Zázrak zvaný Beta-Titanium

Zázrak zvaný Beta-Titanium

Jak jde čas, je třeba si povšimnout i nových neocelových materiálů pro výrobu nožů, které zažívají v poslední době bouřlivý rozvoj. Materiál s označením Titanium je již zmíněn ve stati o materiálech pro výrobu čepelí na hlavní stránce www. Noze-Nuz.com. Avšak pro jeho stále častější využití ve výrobě hlavně u potápěčských a speciálních nožů (pyrotechnici, záchranáři, sportovci apod.), je potřebné popatřit detailněji na jednotlivé aspekty aplikací a využití některých fází Ti a jeho slitin s nejpoužívanějšími přísadami. Jak se materiál vyvíjí je patrné i například i z nabídky firmy Ocean Master, který ke svým výrobkům přikládá uvedenou tabulku. Evokuje tím rozdíl mezi klasickou nerezovou ocelí 420 J2 (např. Mikov) a vyvíjejícím se Titaniem. Příklad?

OMZT350 Ocean Master Server Folder - 9 cm Beta Titan (58HRC!), nemagnetický, tl. 3mm, klip - titan, linerlock - titan, pouzdro - nylon, max. korozivzdorný. Country of Origin: China



Srovnávací tabulka ocelí a dalších verzí Titania od firmy Ocean Master





Proč ale titanium ?
Je to relativně měkký materiál (i když tabulka u Ocean Master to popírá), špatně se brousí (za sucha, na vzduchu, při broušení na kotouči hoří!), je značně drahý, nedostupný (snad Rusko?), navíc pružinové titanium je tzv. "zušlechtěně" a nejde proto dále zpracovat (je vytvrzené!), pro nože lze použit jen slitinu "grade 5" a ty (nože) se pak chovají, podle portálu Knife, jako nože za 50,- Kč z asijské tržnice.



Proč tedy titanium ?
Je lehké (lehčí až o 50% v porovnání s nerezovou ocelí!), houževnaté (vysoká hodnota rázové práce, jako vrstvené materiály), je absolutně netečné ve všech přirozeně se vyskytujících prostředích z hlediska koroze, v zásaditých i kyselých prostředích a v celém rozsahu pH, (čtyři roky bez koroze v 10 % - ním roztoku NaCl tak to je důkaz!) a je na 100 % magneticky inertní (pyrotechnici!). Navíc je lomově stabilní od -100 do + 600 °C (ocel při nízkých teplotách a keramika i při kladných je křehká). Pasivační povlak z oxidu titaničitého v mikrometrickém rozměru vytváří přirozenou ochranu proti abrazi prachem, ledem, písku, materiálům lan apod. Disponuje supertažností (procento prodloužení při mírně rostoucím napětí je vysoké) a nekřehne časem, tj. nestárne (20 let bez degradace!). Významná je jeho odolnost proti nárazu - impaktu i flexibilita (má poloviční Youngův modul pružnosti oceli a proto snese po přidání vanadu, chrómu a molybdenu až dvojnásobné ohnutí čepele bez trvalé deformace. Je biologicky inertní, kompatibilní (implantáty kloubů). Má výhodný poměr hustoty a pevnosti v porovnání s ocelí či keramikou.



Poznámka: I když čistý titan má přijatelné mechanické vlastnosti a byl v minulosti úspěšně použit pro ortopedické a dentální implantáty, pro většinu aplikací je nutný titan legovaný s malým množstvím hliníku a vanadu, obvykle 6 % a 4%. Tato směs má dobrou rozpustnost v tuhém stavu, které se výrazně mění s teplotou, což umožňuje projít precipitačním zpevňováním (vytvrzováním). Tento proces tepelného zpracování se provádí až po zpracování slitiny do konečného stavu a výroby tvaru výrobku. To umožňuje výrobu vysoce pevného produktu. Krystalová struktura titanu při okolní teplotě a tlaku se nachází ve stavu stabilní hexagonální fáze ?. Při asi 890 ° C, titan podstoupí alotropickou transformaci mřížky do uspořádání prostorově centrované krychlové ß fáze, která zůstává až k teplotě tavení stabilní.



Některé legující prvky zvyšují teplotu přechodu z fáze ? do ß, tj. alfa stabilizátory, zatímco jiné snižují teplotu přechodu (tj. beta stabilizátory). Hliník, galium, germanium, uhlík, kyslík a dusík jsou alfa stabilizátory. Molybden, vanad, tantal, niob, mangan, železo, chrom, kobalt, nikl, měď a křemík jsou beta stabilizátory. Obecně platí, že alfa - fáze titanu jsou pevnější, ale méně tvárné a beta - fáze titanu je více tvárná. Slitina typu alfa - beta - fáze titanu, která disponuje oběma fázemi (? i ß), má mechanické vlastnosti, které jsou mezi oběma zmíněnými. Slitiny titanu jsou dodávány ve 40 třídách dle obsahu přísad a z toho pramenícího použití. Třída (slitina) 5, také známá jako Ti6Al4V, Ti - 6Al - 4V, nebo Ti 6-4, je nejčastěji používanou slitinou. Má chemické složení 6 % hliníku, 4 % vanadu, 0,25 % (maximum) železa, 0,2% (maximum) kyslíku a zbytek tvoří titan. Slitina je výrazně lepší, než komerčně čistý titan a zároveň mají oba (Ti i slitina) stejnou houževnatost a tepelné vlastnosti (kromě tepelné vodivosti. Třída 5 má o 60 % nižší vodivost než čistý titan). Mezi jeho mnoha výhody patří možnost tepelného zpracování. Je vynikající kombinací pevnosti, odolnosti proti korozi, zaručené svařitelnosti z pohledu možného navařování trnů rukojetí a dobré obrobitelnosti. Slitina je plně tepelně zpracovatelná až do tloušťky plechu 15 mm a používá se, až do teplot 400 ° C. Tvoří až 70 % všech dodávaných tříd titanových slitin. Použití: čepele, disky kol, motorové kroužky, draky letadel, spojovací materiál, součástky pro lodní konstrukce a lodě samotné, nábojové komory speciálních zbraní, náboje, implantáty apod. Za zmínku stojí slitina třídy 38, která obsahuje 4 % hliníku, 2,5 % vanadu a 1,5 % železa. Tento stupeň (třída) byl vyvinut v roce 1990 pro použití jako pancéřování! Železo snižuje nutné množství vanadu, které je potřebné jako stabilizátor beta. Mechanické vlastnosti třídy 38 jsou velmi podobné třídě 5, tj. má dobrou zpracovatelnost za studena jako třída 9.



Závěr
Snahou mnoha výrobců, kteří vyrábí nože pro zmíněné použití u armády, policie, hasičů, speleologů, milovníků survival adrenalinu apod., je zřejmá - postupně dosáhnout nejen vysoké pružnosti a houževnatosti nabízeného materiálu, ale rovněž zvýšit jeho odolnost proti opotřebení, tj. jeho tvrdost. Je-li tabulka firmy Ocean Master tzv. "košér", je nutné zjistit osobní verifikací, tedy zakoupit produkt této firmy, oželet mírný kaz na kráse čepele a udělat si zkoušku tvrdosti dle Rockwella a z hodnoty HRC posléze odvodit dle empirických vztahů i pevnost slitiny. Její korozní odolnost je skutečně excelentní. O tom není pochyb. Pasivační schopnosti titanu jsou spolu s například berylliem dokonalé a několika mikronová vrstva oxidu titaničitého skýtá perfektní ochranu čepele před další korozí.

Nicméně, vysoké náklady na suroviny a zpracování předurčují i nadále slitiny titanu k přednostnímu použití pro vojenské účely, letecký průmysl, stavbu kosmických lodí, zdravotnická zařízení a některé prémiové sportovní zařízení a elektroniku.

doc. Ing. Michal Černý, CSc