60% de la energía de combustión del combustible del automóvil es consumida por su propia masa. Esperando la dirección de desarrollo futuro de la industria del automóvil, ligero, El bajo consumo de combustible y las bajas emisiones son los temas del desarrollo.. La aparición de materiales industriales de titanio hace que la fabricación de automóviles sea una mejor opción.
El metal de titanio tiene las ventajas de una baja densidad., alta resistencia específica y buena resistencia a la corrosión. El uso de materiales de titanio en automóviles puede reducir considerablemente la masa corporal., reducir el consumo de combustible, mejorar la eficiencia del motor, mejorar el medio ambiente y reducir el ruido. Sin embargo, El elevado precio hace que las aleaciones de titanio sólo tengan algunas aplicaciones en modelos de lujo y coches deportivos de la industria del automóvil., y rara vez se usa en autos comunes. Por lo tanto, La investigación y el desarrollo de aleaciones de titanio de bajo costo que satisfagan las necesidades del mercado es la clave para promover su aplicación en los automóviles domésticos comunes.
Estado actual de las aplicaciones de las aleaciones de titanio en la industria del automóvil.
Aunque las aleaciones de titanio se han utilizado ampliamente en el sector aeroespacial, industrias petroquímicas y de construcción naval, Su aplicación en la industria del automóvil se ha desarrollado lentamente.. A partir del exitoso desarrollo del primer automóvil totalmente de titanio por parte de General Motors en los Estados Unidos en 1956, Las piezas de automóvil de titanio no alcanzaron el nivel de producción en masa hasta la década de 1980.. En la década de 1990, como la demanda de autos de lujo, autos deportivos, y los coches de carreras aumentaron año tras año, autopartes de titanio Las piezas fabricadas se han desarrollado rápidamente. En 1990, La cantidad de titanio utilizada en los automóviles en todo el mundo fue de sólo 50 toneladas.. Alcanzó las 500t en 1997, 1,100t en 2002, y 3.000t en 2009. Se espera que la cantidad de titanio utilizada en automóviles en todo el mundo supere las 5.000 toneladas en 2015. Actualmente, Los siguientes tipos de piezas de aleación de titanio se utilizan comúnmente..
1. Biela del motor
La aleación de titanio es un material ideal para bielas.. Las bielas del motor hechas de aleación de titanio pueden reducir eficazmente la masa del motor, mejorar la eficiencia del combustible y reducir el volumen de escape. En comparación con las bielas de acero., Las bielas de titanio pueden reducir la masa al 15% a 20%. La aplicación de bielas de aleación de titanio se reflejó por primera vez en el nuevo sedán Ferrari 3.5LV8 de Italia y en el motor NSX de Acura.. Los principales materiales utilizados en las bielas de aleación de titanio son Ti-6Al-4V., Ti-10V-2Fe-3Al, Ti-3Al-2.0V y Ti-4Al-4Mo-Sn-0.5Y. Otros materiales de aleación de titanio como Ti-4Al. También se está desarrollando la aplicación de -2Si-4Mn y Ti-7M-4Mo en bielas..
2.válvula del motor
Las válvulas de motor para automóviles fabricadas con aleación de titanio no solo pueden reducir la masa y prolongar la vida útil, sino que también reduce el consumo de combustible y mejora la confiabilidad del vehículo.. En comparación con las válvulas de acero, Las válvulas de titanio pueden reducir la masa al 30% a 40%, y la velocidad límite del motor se puede aumentar en 20%. En lo que respecta a las aplicaciones actuales, El material de la válvula de admisión es principalmente Ti-6Al-4V., y el material de la válvula de escape es principalmente Ti-6242S. Por lo general, se agregan Sn y Al para obtener una menor fragilidad y una mayor resistencia.; La adición de Mo puede mejorar las propiedades del tratamiento térmico de las aleaciones de titanio., mejorar la resistencia del enfriamiento y envejecimiento de las aleaciones de titanio, y aumentar la dureza. Otras aleaciones de titanio con potencial de desarrollo incluyen:
1) La válvula de admisión puede estar hecha de Ti-62S., que tiene propiedades equivalentes al Ti-6Al-4V y es más económico.
2) La válvula de escape puede estar hecha de Ti-6Al-2Sn-4.0Zr.-0.4-Mes-0.45Y. Por su menor contenido de Mo, su resistencia a la fluencia es mejor que la Ti-6242S, y su resistencia a la oxidación puede alcanzar los 600°C.. .
3) La válvula de escape puede estar hecha de γ-TiAl., que tiene las características de resistencia a altas temperaturas y peso ligero, pero no es adecuado para los métodos tradicionales de forja durante el procesamiento.. Sólo es adecuado para fundición y procesamiento de pulvimetalurgia..
3. Asiento de resorte de válvula
La alta resistencia y la resistencia a la fatiga son propiedades necesarias para el asiento del resorte de válvula.. La aleación de titanio beta es una aleación tratada térmicamente que puede obtener una alta resistencia mediante un tratamiento de envejecimiento con solución sólida.. Los materiales correspondientes más adecuados son Ti-15V-3Cr.- 3Al-3Sn y Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Y. Mitsubishi Motors utiliza asientos de resorte de válvula de aleación de titanio Ti-22V-4Al en sus vehículos de producción a gran escala, que reduce la masa en 42% en comparación con las cerraduras de acero originales, Reduce la masa inercial del mecanismo de válvula al 6%, y aumenta la velocidad máxima del motor. 300rpm.
4.Resorte de aleación de titanio.
El titanio y sus aleaciones tienen un módulo elástico más bajo que los materiales de acero y un valor σs/E grande., haciéndolos adecuados para la fabricación de componentes elásticos. En comparación con los resortes de acero para automóviles., bajo la premisa del mismo trabajo elástico, la altura de los resortes de titanio es solo 40% de resortes de acero, y la masa es solo 30% a 40% de resortes de acero, lo que facilita el diseño de la carrocería. Además, Las excelentes propiedades de fatiga y resistencia a la corrosión de la aleación de titanio pueden extender la vida útil del resorte.. Actualmente, Los materiales de aleación de titanio que se pueden utilizar para fabricar resortes de automóviles incluyen Ti-4.5Fe6.8Mo-1.5Al y Ti-13V11C-3Al..
5. turbocompresor
Los turbocompresores pueden mejorar la eficiencia de la combustión del motor y mejorar la potencia y el par del motor.. El rotor de la turbina del turbocompresor necesita funcionar durante mucho tiempo en gases de escape a alta temperatura, por encima de 850 °C., por lo que requiere buena resistencia al calor. Los metales ligeros tradicionales, como las aleaciones de aluminio, no se pueden utilizar debido a sus bajos puntos de fusión.. Aunque los materiales cerámicos se utilizan en los rotores de las turbinas debido a su peso ligero y buena resistencia a altas temperaturas., su aplicación es limitada debido a su alto costo y la imposibilidad de optimizar su forma. Para solucionar estos problemas, Tetsui y otros desarrollaron el rotor de turbina TiAl. Después de muchas pruebas, se ha comprobado que no sólo tiene buena durabilidad y eficiencia, Pero también puede mejorar la aceleración del motor.. Este diseño se ha comercializado con éxito en la serie Mitsubishi Lancer Evolution..
6. Sistema de escape y silenciador.
El titanio se utiliza ampliamente en los sistemas de escape de los automóviles.. Los sistemas de escape fabricados con titanio y sus aleaciones no sólo pueden mejorar la fiabilidad, prolongar la vida y mejorar la apariencia, pero también reduce la masa y mejora la eficiencia de la combustión del combustible.. Comparado con los sistemas de escape de acero, Los sistemas de escape de titanio pueden reducir la masa en aproximadamente 40%. En coches de la serie Golf., La masa del sistema de escape de titanio se puede reducir mediante 7 a 9 kilos. Actualmente, El material de titanio utilizado en el sistema de escape es principalmente titanio puro industrial..
7. parte del marco del cuerpo
Para mejorar la seguridad y fiabilidad de los automóviles., es necesario considerar los aspectos de diseño y fabricación, especialmente los materiales de fabricación. El titanio es un muy buen material utilizado para fabricar estructuras de carrocerías.. No sólo tiene una alta fuerza específica, pero también tiene buena dureza. en japon, Los fabricantes de automóviles eligen tubos soldados de titanio puro para fabricar estructuras de carrocería.. Este tipo de marco puede hacer que los conductores se sientan seguros al conducir..
8. Otras piezas de aleación de titanio.
Además de los componentes anteriores, El titanio también se utiliza en los balancines del motor., resortes de suspensión, pasadores del pistón del motor, sujetadores automotrices, tuercas, vigas salientes de puertas de automóviles, soportes de engranajes automotrices, pistones de pinza de freno, pernos, Presión Piezas de automóvil como placas., botones de cambio y discos de embrague de automóviles.
Resumir:
Con el desarrollo de la economía y la reducción del coste del titanio., Más diseñadores de ingeniería elegirán piezas de titanio como piezas de automóviles.. Las aleaciones de titanio acabarán desempeñando un papel importante en la producción de la industria del automóvil.