В последние годы, с бурным развитием автомобильной промышленности, проблемы расхода топлива, защиты окружающей среды и безопасности, создаваемые автомобилями, становятся все более тревожными. С нетерпением жду будущего направления автомобильной промышленности: легкий вес, низкий расход топлива и меньшие выбросы являются темой развития. По данным международной авторитетной статистики, 60% потребления энергии сгорания автомобильного топлива собственного качества, хотя нынешняя высокопрочная тонкая сталь, алюминий, магний, композиты с металлической матрицей и материалы из пластиковой смолы в снижении веса автомобиля сыграли свою роль. роль, но появление промышленных титановых материалов сделало автомобильное производство лучшим выбором.
Металлический титан обладает преимуществами низкой плотности, высокой удельной прочности и хорошей коррозионной стойкости. Использование титановых материалов в автомобилях может значительно снизить качество кузова, снизить расход топлива, повысить эффективность двигателя, улучшить окружающую среду и снизить шум. Но высокая цена, производство титанового сплава в автомобильной промышленности может быть только в роскошных моделях, а спортивные автомобили имеют некоторые применения, в обычных автомобилях редко используются. Таким образом, исследование и разработка недорогого титанового сплава для удовлетворения потребностей рынка является ключом к продвижению его применения в обычных семейных автомобилях.
Применение титанового сплава в автомобилестроении
Хотя титановый сплав широко используется в аэрокосмической, нефтехимической и военно-морской промышленности, его применение в автомобильной промышленности развивается медленно. С 1956 года компания General Motors в США успешно разработала первый полностью титановый автомобиль, титановые автозапчасти до 1980-х годов, чтобы достичь уровня массового производства, в 1990-е годы спрос на роскошные автомобили, спортивные автомобили, гоночные автомобили растет с каждым годом, титан части были быстрым развитием. 1990 г. Мировое количество автомобильного титана, составлявшее всего 50 т, в 1997 г. достигло 500 т, в 2002 г. достигло 1100 т в 2009 г., количество титана в автомобильной промышленности. В 1990 году количество титана, используемого в мировых автомобилях, составляло всего 50 тонн, в 1997 году оно достигло 500 тонн, в 2002 году оно достигло 1100 тонн, в 2009 году оно достигло 3000 тонн, и ожидается, что количество титана, используемого в мировых автомобилях, превысит 5000т в 2015 году.
1. Шатун двигателя
Титановый сплав — идеальный выбор материала для шатуна. Шатуны двигателя, изготовленные из титанового сплава, могут эффективно снизить качество работы двигателя, улучшить использование топлива и уменьшить выхлопные газы. По сравнению со стальными шатунами титановые шатуны позволяют уменьшить массу на 15–20%. Применение титановых шатунов впервые было реализовано в новых двигателях Ferrari 3.5LV8 и Acura NSX в Италии. В шатунах из титановых сплавов используются в основном Ti-6Al-4V, Ti-10V-2Fe-3Al, Ti-3. Al-2.0V и Ti-4Al-4Mo-Sn-0.5Si и т. д. Другие материалы из титановых сплавов, такие как Ti-4Al{{ 19}}Si-4Mn и Ti-7M-4Mo также разрабатываются для использования в шатунах.
2.Клапан двигателя
Клапаны автомобильного двигателя из титанового сплава позволяют не только снизить качество и продлить срок службы, но и снизить расход топлива и повысить надежность автомобиля. Титановые клапаны по сравнению со стальными клапанами могут снизить качество на 30–40%, предельную скорость двигателя увеличить на 20%. Что касается текущих применений, то материалом впускных клапанов является в основном Ti-6Al-4V, а материалом выпускных клапанов - главным образом Ti-6242S. Обычно Sn и Al добавляются вместе, чтобы снизить хрупкость и повысить прочность; добавление Мо позволяет улучшить термические свойства титановых сплавов, повысить прочность закаленных и состаренных титановых сплавов и одновременно повысить твердость. Другие титановые сплавы с потенциалом развития:
(1) можно использовать впускной клапан Ti-62S, его характеристики эквивалентны Ti-6Al-4V и дешевле.
(2) вытяжную дверь можно использовать Ti-6Al-2Sn-4.0Zr-0.4-Mo-0 .45Si, из-за более низкого содержания Mo, поэтому его устойчивость к скрытому сопротивлению, чем у Ti-6242S, выше, устойчива к окислению при температуре до 600 градусов.
(3) можно использовать выпускной клапан -TiAl, который обладает высокой термостойкостью и легким весом, но обработка не подходит для традиционного метода ковки, подходит только для литья и обработки порошковой металлургии.
3. Седло пружины клапана
Высокая прочность и сопротивление усталости: седло пружины клапана должно иметь характеристики титанового сплава для сплава типа термообработки, может быть подвергнуто старению в твердом растворе для получения высокой прочности, соответствующими более подходящими материалами являются Ti - 15V {{1 }}Cr - 3Al - 3Sn и Ti - 15Mo - 3Al - 2.7Nb - 0.2Si. Компания Mitsubishi Motors при массовом производстве автомобилей использует седло пружины клапана из титанового сплава TI-22V - 4Al, клапан из титанового сплава TI-22V - 4Al. Пружинное сиденье подходит для производства автомобилей. Седло пружины клапана из титанового сплава 4Al по сравнению с оригинальной стальной защелкой позволяет уменьшить массу на 42%, клапанный механизм снижает инерцию массы на 6%, максимальная скорость двигателя увеличивается на 300 об/мин.
4. Пружины из титанового сплава.
Титан и его сплавы имеют низкий модуль упругости по сравнению со стальными материалами, значение σs/E велико, подходят для изготовления упругих деталей. По сравнению со стальными автомобильными пружинами, при условии той же упругой работы, высота титановых пружин составляет всего 40% от стальных пружин, а качество составляет всего от 30% до 40% от стальных пружин, что удобно для конструкции кузов автомобиля. Кроме того, превосходные усталостные характеристики и коррозионная стойкость титанового сплава позволяют продлить срок службы пружины. В настоящее время материалами из титановых сплавов, доступными для изготовления автомобильных пружин, являются Ti-4.5Fe6.8Mo-1.5Al и Ti-13V11C-3Al и так далее.
5.Турбокомпрессор
Турбокомпрессор может улучшить эффективность сгорания двигателя и увеличить мощность и крутящий момент двигателя. Ротор турбины турбокомпрессора должен работать в течение длительного времени при температуре выхлопных газов выше 850 градусов, поэтому он требует хорошей термостойкости. Обычные легкие металлы, такие как алюминиевые сплавы, использовать нельзя из-за их низких температур плавления. Хотя керамические материалы использовались в роторах турбин из-за их легкого веса и высокой термостойкости, их использование было ограничено высокой стоимостью и невозможностью оптимизировать их форму. Чтобы решить эти проблемы, Tetsui et al. разработала ротор турбины TiAl, который, как было проверено, обладает не только хорошей долговечностью и эффективностью, но и улучшенным ускорением двигателя. Эта конструкция была успешно реализована в серии Mitsubishi Lancer Evolution.
6.Выхлопная система и глушитель
Титан в больших количествах используется в выхлопных системах автомобилей. Выхлопные системы из титана и его сплавов не только повышают надежность, долговечность и внешний вид, но также уменьшают массу и повышают эффективность сгорания топлива. Массу титановой выхлопной системы можно уменьшить примерно на 40% по сравнению со стальной выхлопной системой. В серии Golf масса титановой выхлопной системы может быть уменьшена на 7–9 кг, а титановый материал, используемый в выхлопной системе, в основном представляет собой чистый титан.
Масса титанового глушителя составляет всего 5-6 кг, он легче, чем глушитель из нержавеющей стали и т. д. Автомобиль Chevrolet CorvetteZ06 2000 года выпуска с титановым глушителем весом 11,8 кг и системой выхлопных труб вместо исходной системы из нержавеющей стали весом 20 кг, качество снижено на 41%. Система замены обладает той же силой и делает автомобиль быстрее, маневреннее и экономичнее. Титан, используемый для изготовления глушителя, также в основном представляет собой чистый титан.
7. Секция каркаса кузова
Чтобы повысить безопасность и надежность автомобилей, необходимо уделить внимание аспектам проектирования и производства, особенно материалам, используемым в производстве. Титан является отличным материалом для каркасов кузовов не только из-за своей высокой удельной прочности, но и из-за своей прочности. В Японии производители автомобилей выбирают сварные трубы из чистого титана для изготовления каркасов кузова, что позволяет автомобилистам чувствовать себя достаточно безопасно во время вождения.
8. Другие титановые компоненты
Помимо вышеперечисленных компонентов, титан также используется в коромыслах двигателя, пружинах подвески, поршневых пальцах двигателя, автомобильных крепежах, гайках с проушинами, выступающих балках автомобильных дверей, кронштейнах автомобильных редукторов, поршнях тормозных суппортов, штифтах, нажимных пластинах, кнопках переключения передач. и автомобильный диск сцепления и другие автомобильные детали.
