了解钛金属的种类（附iPhone 15 Pro所用金属的说明）

大家好。今天以钛金属材料为中心，进一步了解相关内容。

 

其中，今天重点讨论钛合金。

 

按照相对钛合金进行大致分类时，通常会讨论α钛与β钛的比例。今天就以钛金属按相划分的种类为中心进行介绍。

 

 

首先，钛合金大致可以按相进行如下分类。

 

 

α钛在纯钛中是室温下存在的相，具有类似六棱柱形的密排六方晶体结构。与β相钛相比，这一相具有更好的加工性，耐腐蚀性也较强。

另一方面，纯钛中的β钛相在温度超过约890度时形成，这一温度称为β转变温度。它属于立方晶系，以BCC结构存在。

 

下面的图([1])表示这些结构：左边是HCP结构（α钛），右边是BCC结构（β钛）。

 

 

 

根据这些相的类型，合金种类如下。

 

 

- α-Ti

特点: α钛合金在室温和低温下具有稳定的结构. 主要由α相结构组成, 低温强度和韧性优异.

- CP-Ti（工业纯钛）：商业使用的纯钛，根据氧含量分为grade 1至grade 4。一般来说，氧含量越高，也就是grade后的数字越大，屈服强度和最大抗拉强度越高，但伸长率越低。顺便说明，纯钛在室温下属于α钛。

应用领域: 航空航天产业, 医疗产业, 运动用品等（耐蚀性、耐腐蚀性）

 

- 近α型钛

特点：近α型钛合金是在高温下性能优异的钛合金. 蠕变性能和耐蚀性都很出色.

应用领域: 航空航天产业, 能源产业, 汽车产业等（主要用于高温环境）

 

- α+β Ti

特点: α+β钛合金由α相与β相的混合结构组成. 兼具高强度与轻量化特性，应用于多种领域.

应用领域: 航空航天产业, 医疗产业, 运动用品等

（比强度，即相对于密度的强度，较高=>可以轻量化= iPhone所用的Ti 64(Ti-6Al-4V)也属于这一类）

 

- 亚稳β型钛

特点: 亚稳β型钛合金具有在高温下稳定的体心立方结构. 易于发生塑性变形，应用于各种领域.

应用领域: 航空航天产业, 汽车产业, 燃气涡轮发动机等 (主要用于高温环境）

最近，一位YouTube博主上传了比较iPhone 14 Pro与15 Pro强度的视频，得出的结论是iPhone 15 Pro的力学性能，尤其是跌落时的吸收冲击能力，不如iPhone 14 Pro。而这一问题看起来被归因于钛材料。

 

但如果只看金属材料的规格，钛的比强度，即相对于密度的强度，确实高于不锈钢，而且本身就是力学性能很好的材料。因此，将原因归结为钛材料本身，存在很大的困难。

 

所以，我认为视频中iPhone 15 Pro看起来强度较低，可能有以下原因。

 

1. 实验条件并不相同：乍看之下似乎相同，但既然没有使用真正的试验设备进行跌落试验，就很难认定结果准确，因为实验需要具有可重复性。虽然尽可能保持相同的跌落位置，但地面不平整，而且已经跌落过的设备仍被继续用于试验，这些方面可能让人觉得实验可靠性略有不足。

 

2. 钛并未用于iPhone整个外壳：苹果官网也说明了这一点。虽然使用了钛合金，但也同时使用了再生铝材料。而再生铝可能未能充分吸收跌落冲击。（毕竟，再生材料通常被认为比普通商业材料更难处理。）

 

3. 设计问题：制造过程中可能存在设计问题。例如，板材厚度不同，或iPhone上存在细小缺口，都是典型的例子。此外，还可能有其他因素。

 

以上简要介绍了不同种类的钛合金，并整理了我对iPhone 15 Pro钛材料相关争议的看法。感谢大家读到最后。

 

来源：

[1] Leyens, Christoph与Manfred Peters，编。 《钛与钛合金：基础与应用》. Wiley-vch, 2006.