Титановый сплав Asm B265 Gr2 в производстве легковых автомобилей
Титан и титановые сплавы характеризуются низкой плотностью, отличными механическими свойствами, хорошей биосовместимостью, коррозионной стойкостью, устойчивостью к высоким температурам, вязкостью при низких температурах и т. д. и широко используются в автомобильной промышленности. Плотность титанового сплава составляет всего 60% стали, а прочность может достигать более 800 МПа, при температуре около 500 градусов все еще сохраняются хорошие механические свойства, а характеристики сварки и литья лучше, более 20 лет назад он использовался в производстве. гоночных автомобилей, значительно снижая качество двигателя гоночного автомобиля, в то же время улучшая его характеристики.
В настоящее время детали из титанового сплава, используемые в автомобилестроении, в основном распространены в автомобильной выхлопной системе, системе двигателя, трансмиссии и системе гашения вибраций, а также в деталях рамы кузова.
1. Выхлопная система
Материалы автомобильной выхлопной системы должны обладать хорошими механическими свойствами при высоких температурах и коррозионной стойкостью к элементам S, Cl. Традиционно компоненты выхлопной системы изготавливались из нержавеющей стали, но титановые сплавы оказались более подходящими с точки зрения производительности.
Титановая возвратная труба, используемая в новом автомобиле Chevrolet Corvette Z206, эффективно предотвращает проблемы точечной коррозии и коррозии сварных швов, которые возникают в трубах из нержавеющей стали, и в то же время улучшает эффективность сгорания топлива и ускорение, а также сокращает тормозной путь.
Timet, крупнейший производитель титана в США, занимается исследованиями, разработками и производством выхлопных систем из титановых сплавов, ряд японских компаний также проводят соответствующие исследования и разработки, и в настоящее время Fuji Heavy Industries Co. , Ltd. выпустила ограниченное количество в 440 комплектов выхлопных труб из титанового сплава для автомобилей.
2. Система двигателя
Система автомобильного двигателя является наиболее часто используемой деталью из титанового сплава в автомобильной отрасли. Титановый сплав в системе двигателя в основном используется в клапанах, шатунах, коленчатых валах, седлах клапанов и других деталях.
Японская компания Honda Motor Company использовала кованые титановые шатуны в гоночном двигателе NSX V-6; Корпорация Mitsubishi Motors произвела четырехцилиндровый двигатель большой мощности с использованием титанового седла пружины клапана, в автомобилях Porsche также используются титановые шатуны.
(1) Клапаны
Клапаны из титанового сплава, Соединенные Штаты и Япония провели много исследовательских работ, в Соединенных Штатах в настоящее время широко используются впускные клапаны из сплава Ti-6Al-4V, использование Ti{{ 2}}Al-2Sn-4Zr-2Mo сплав для производства выпускных клапанов; и Toyota Japan — это использование сплава Ti-6Al-4V/Ti B для подготовки впускных клапанов, использование сплава Ti-Al-Zr-Sn-Mo-Nb-Si/Ti B для подготовить выпускные клапана. Эти типы титановых сплавов обладают лучшими механическими свойствами при высоких температурах, устойчивостью к окислению и ползучести, эффективно улучшая характеристики двигателя и увеличивая скорость автомобиля.
(2) Седло клапана
Седло клапана из титанового сплава широко используется в гоночных и спортивных автомобилях, ежегодно производится более 250 комплектов000, в основном с использованием Ti-6Al-4V или Ti{{4 }}Al-2Cr-1Fe сплав, благодаря форме седла клапана, относительно прост, поэтому требования к механической обработке не высоки и не требуют специальной обработки поверхности, стоимость дешевле, и эффект снижения веса автомобиля очевиден.
(3) Шатун
Использование титановых шатунов позволяет эффективно снизить качество работы двигателя и улучшить характеристики автомобиля. В настоящее время основным материалом изготовления является сплав Ti-6Al-4V. Ltd. в настоящее время разрабатывает двухфазный титановый сплав Ti-3Al-2V-0.5V.
Ti-3Al-2V-0.2Si-0.47Ce-0.27La, сплав обладает хорошей обрабатываемостью, механическими свойствами, усталостными свойствами и коррозионной стойкостью. также отлично, ожидается, что он будет использоваться при ускорении двигателя, замедлении компонентов шатуна.
(4) Коленчатый вал
Коленчатый вал из титанового сплава в настоящее время широко не используется, но специально разработанный в Японии сплав Ti-3Al-2.5V был проверен на гоночном автомобиле Honda, указанном выше, с одновременным эффективным снижением качества. частота вращения двигателя увеличилась на 700 об/мин, что доказывает превосходство коленчатого вала из титанового сплава. В то же время в Японии проводится пробное производство коленчатого вала из сплава Ti-5Al-2Cr-Fe; ожидается, что титановый сплав в компонентах коленчатого вала будет использоваться более широко.
3. Демпфирующие системы
Основным компонентом виброгасящей системы подвески автомобиля является пружина подвески. Титановый сплав имеет более высокую удельную прочность, более низкий модуль сдвига и более высокую усталостную прочность, чем обычная сталь для автомобильных пружин, что делает его более подходящим для производства автомобильных пружин, гасящих вибрацию. Поскольку прогиб пружины и количество витков пропорциональны друг другу, а модуль сдвига материала обратно пропорционален друг другу, пружинам из титанового сплава требуется меньше витков, чем стальным пружинам, для достижения той же реакции пружины, что эффективно снижает качество пружин и экономит место.
В то же время пружины из титанового сплава также могут эффективно увеличить резонансную частоту пружины и увеличить срок ее службы. В настоящее время большинство пружин из титановых сплавов изготавливаются из однофазного титанового сплава. Германия Компания Volkswagen использовала титановые зубчатые пружины Lupo FSI в некоторых своих автомобилях, их было использовано около 3500 автомобилей.
4. Каркас кузова
Что касается компонентов каркаса кузова, то высокая удельная прочность, низкая плотность и хорошая коррозионная стойкость титанового сплава указывают на то, что он является хорошим материалом для изготовления каркасов кузова. В настоящее время некоторые автомобильные компании используют титановые сплавы для изготовления таких компонентов, как кронштейны передач и поршни тормозных суппортов. Компоненты трансмиссии, Япония в настоящее время разрабатывает метод формования с высокой скоростью вращения для подготовки корпуса из титанового сплава, по сравнению со стальным корпусом, корпус из титанового сплава лучше снижает воздействие маховика, улучшает амортизирующий эффект.
Кроме того, титановый сплав также используется в автомобильных крепежах и других компонентах. Благодаря постоянному развитию процесса подготовки титановых сплавов и автомобильной промышленности титановый сплав будет использоваться в автомобильных деталях и компонентах.
5. Значение титанового сплава для облегчения автомобиля.
Зарубежные исследовательские институты обнаружили, что при снижении общего качества автомобиля на 10% расход топлива можно снизить на 6–8%. Существуют также исследования, которые показывают, что на каждые 91 кг снижения веса автомобиля средний расход топлива на литр можно проехать на 0,43 км больше. Таким образом, с непрерывным развитием экономики Китая и увеличением числа владельцев автомобилей, облегчение автомобилей стало одним из наиболее важных способов снижения потребления энергии и загрязнения воздуха.
Титан и титановые сплавы используются в большом количестве автомобильных деталей из-за их превосходных физических и химических свойств. Использование титановых материалов не только эффективно улучшает характеристики автомобиля и коэффициент безопасности, но также играет важную роль в облегчении автомобиля, эффективно снижая общую массу автомобиля, снижая расход топлива.
Выхлопная система автомобиля с использованием титановой выхлопной трубы - сборка возвратной трубы по сравнению с традиционной системой из нержавеющей стали может снизить вес примерно на 8,2 кг, а детали двигателя в клапане, шатуне и других компонентах используют изделия из титанового сплава вместо традиционной стали и чугуна. материалы могут эффективно снизить качество работы двигателя.
Согласно исследованиям японской автомобильной промышленности, автомобильный силовой клапан использует около 0.8 кг титановых деталей, что эквивалентно 20 кг стальных деталей для достижения эффекта; каждое титановое седло клапана по сравнению со стальным седлом клапана может снизить качество примерно на 10 г; Шатун и коленчатый вал изготовлены из титанового сплава, наиболее эффективного в снижении качества двигателя.
Каждая пружина из титанового сплава над системой демпфирования может снизить качество стальных пружин более чем на 60%, 4 пружины подвески на расчет автомобиля, после замены пружин из титанового сплава вес каждого автомобиля может снизиться на 9 ~ 13,6 кг. Кроме того, качество глушителя из титанового сплава составляет всего 5–6 кг, что на 40 % легче, чем у глушителя из нержавеющей стали.
Возьмем, к примеру, обычный седан среднего размера: если существующие автозапчасти из титанового сплава заменить традиционные детали, общее качество автомобиля составит около 1500 кг от первоначального снижения веса примерно до 1000 кг, коэффициент потери веса до 30%, общее потребление топлива может быть сокращено более чем на 20%, что значительно снизит потребление топлива в мире и эффективно облегчит проблему нехватки энергии и загрязнения окружающей среды.
Приведенные выше данные показывают, что использование титанового сплава для облегчения автомобиля очевидно. В современной автомобильной промышленности следует продолжать разработку титана и титановых сплавов при применении технологий автомобильных деталей и компонентов, чтобы увеличить долю титанового сплава в производстве. применение автомобилей.
В настоящее время применение титанового сплава в автомобильной промышленности Китая все еще находится на стадии испытаний. Основная проблема заключается в том, что стоимость материала из титанового сплава слишком высока, а детали сложно обрабатывать.
Поэтому основной задачей в будущем должно стать снижение цен на детали из титановых сплавов за счет разработки дешевых материалов из титановых сплавов, снижение себестоимости сырья из титановых сплавов и т. д., а также повышение эффективности обработки деталей из титановых сплавов за счет совершенствование технологии обработки.
