60% de l’énergie de combustion du carburant automobile est consommée par sa propre masse. Dans l'attente de l'orientation future du développement de l'industrie automobile, léger, une faible consommation de carburant et de faibles émissions sont les thèmes du développement. L’émergence de matériaux industriels en titane fait de la construction automobile un meilleur choix.
Le métal titane présente les avantages d'une faible densité, résistance spécifique élevée et bonne résistance à la corrosion. L'utilisation de matériaux en titane dans les automobiles peut réduire considérablement la masse corporelle, réduire la consommation de carburant, améliorer l'efficacité du moteur, améliorer l'environnement et réduire le bruit. Cependant, le prix élevé fait que les alliages de titane n'ont que quelques applications dans les modèles de luxe et les voitures de sport de l'industrie automobile, et rarement utilisé dans les voitures ordinaires. Donc, la recherche et le développement d'alliages de titane à faible coût répondant aux besoins du marché sont la clé pour promouvoir leur application dans les voitures domestiques ordinaires
État actuel des applications des alliages de titane dans l'industrie automobile
Bien que les alliages de titane aient été largement utilisés dans l'aérospatiale, industries pétrochimiques et de la construction navale, leur application dans l'industrie automobile s'est développée lentement. Depuis le développement réussi de la première voiture entièrement en titane par General Motors aux États-Unis en 1956, les pièces automobiles en titane n'ont atteint le niveau de production de masse que dans les années 1980. Dans les années 1990, comme la demande de voitures de luxe, voitures de sport, et les voitures de course ont augmenté d'année en année, pièces automobiles en titane Les pièces fabriquées se sont développées rapidement. Dans 1990, la quantité de titane utilisée dans les automobiles dans le monde n'était que de 50 tonnes. Il a atteint 500t en 1997, 1,100t dans 2002, et 3 000 t en 2009. On s’attend à ce que la quantité de titane utilisée dans les automobiles à travers le monde dépasse 5 000 tonnes d’ici 2015. À l'heure actuelle, les types suivants de pièces en alliage de titane sont couramment utilisés.
1. Bielle moteur
L'alliage de titane est un matériau idéal pour les bielles. Les bielles de moteur en alliage de titane peuvent réduire efficacement la masse du moteur, améliorer le rendement énergétique et réduire le volume des gaz d'échappement. Par rapport aux bielles en acier, Les bielles en titane peuvent réduire la masse de 15% à 20%. L’utilisation de bielles en alliage de titane s’est reflétée pour la première fois dans la nouvelle berline Ferrari 3,5 LV8 italienne et dans le moteur NSX d’Acura.. Les principaux matériaux utilisés dans les bielles en alliage de titane sont le Ti-6Al-4V, Ti-10V-2Fe-3Al, Ti-3Al-2.0V et Ti-4Al-4Mo-Sn-0.5Et. Autres matériaux en alliage de titane tels que Ti-4Al L'application du -2Si-4Mn et du Ti-7M-4Mo dans les bielles est également en cours de développement.
2.Soupape moteur
Les soupapes de moteur automobile en alliage de titane peuvent non seulement réduire la masse et prolonger la durée de vie, mais aussi réduire la consommation de carburant et améliorer la fiabilité des véhicules. Par rapport aux vannes en acier, les valves en titane peuvent réduire la masse de 30% à 40%, et la vitesse limite du moteur peut être augmentée de 20%. En ce qui concerne les applications actuelles, le matériau de la soupape d'admission est principalement du Ti-6Al-4V, et le matériau de la soupape d'échappement est principalement du Ti-6242S. Habituellement, Sn et Al sont ajoutés pour obtenir une fragilité plus faible et une résistance plus élevée.; l'ajout de Mo peut améliorer les propriétés de traitement thermique des alliages de titane, améliorer la résistance des alliages de titane de trempe et de vieillissement, et augmenter la dureté. D'autres alliages de titane présentant un potentiel de développement comprennent:
1) La soupape d'admission peut être en Ti-62S, qui a des propriétés équivalentes au Ti-6Al-4V et est moins cher.
2) La soupape d'échappement peut être en Ti-6Al-2Sn-4.0Zr-0.4-Mo-0.45Et. En raison de sa faible teneur en Mo, sa résistance au fluage est meilleure que celle du Ti-6242S, et sa résistance à l'oxydation peut atteindre 600°C. .
3) La soupape d'échappement peut être en γ-TiAl, qui présente les caractéristiques de résistance aux températures élevées et de légèreté, mais il ne convient pas aux méthodes de forgeage traditionnelles pendant le traitement. Il convient uniquement au traitement de la fonderie et de la métallurgie des poudres.
3. Siège de ressort de soupape
Une résistance élevée et une résistance à la fatigue sont des propriétés nécessaires pour le siège du ressort de soupape. L'alliage de titane bêta est un alliage traité thermiquement qui peut obtenir une résistance élevée grâce à un traitement de vieillissement en solution solide.. Les matériaux correspondants les plus appropriés sont le Ti-15V-3Cr- 3Al-3Sn et Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Et. Mitsubishi Motors utilise des sièges de ressorts de soupape en alliage de titane Ti-22V-4Al dans ses véhicules de production à grande échelle, ce qui réduit la masse de 42% par rapport aux serrures en acier d'origine, réduit la masse d'inertie du mécanisme de soupape de 6%, et augmente le régime moteur maximum. 300tr/min.
4.Ressort en alliage de titane
Le titane et ses alliages ont un module élastique inférieur à celui des matériaux en acier et une valeur σs/E élevée., ce qui les rend adaptés à la fabrication de composants élastiques. Par rapport aux ressorts automobiles en acier, sous la prémisse du même travail élastique, la hauteur des ressorts en titane est seulement 40% de ressorts en acier, et la masse est seulement 30% à 40% de ressorts en acier, ce qui facilite la conception de la carrosserie. En outre, les excellentes propriétés de fatigue et la résistance à la corrosion de l'alliage de titane peuvent prolonger la durée de vie du ressort. Actuellement, Les matériaux en alliage de titane pouvant être utilisés pour fabriquer des ressorts automobiles comprennent le Ti-4.5Fe6.8Mo-1.5Al et le Ti-13V11C-3Al..
5. Turbocompresseur
Les turbocompresseurs peuvent améliorer l’efficacité de la combustion du moteur ainsi que la puissance et le couple du moteur.. Le rotor de turbine du turbocompresseur doit fonctionner pendant une longue période dans des gaz d'échappement à haute température supérieure à 850°C., il faut donc une bonne résistance à la chaleur. Les métaux légers traditionnels tels que les alliages d'aluminium ne peuvent pas être utilisés en raison de leur faible point de fusion.. Bien que les matériaux céramiques soient utilisés dans les rotors de turbine en raison de leur légèreté et de leur bonne résistance aux températures élevées, leur application est limitée en raison de leur coût élevé et de leur incapacité à optimiser leur forme. In order to solve these problems, Tetsui et d'autres ont développé le rotor de turbine TiAl. Après de nombreux tests, il a été vérifié qu'il a non seulement une bonne durabilité et efficacité, mais peut également améliorer l'accélération du moteur. Cette conception a été commercialisée avec succès sur la série Mitsubishi Lancer Evolution.
6. Exhaust system and muffler
Le titane est largement utilisé dans les systèmes d'échappement des automobiles. Les systèmes d'échappement en titane et ses alliages peuvent non seulement améliorer la fiabilité, extend life and improve appearance, mais également réduire la masse et améliorer l'efficacité de la combustion du carburant. Compared with steel exhaust systems, les systèmes d'échappement en titane peuvent réduire la masse d'environ 40%. Dans les voitures de la série Golf, la masse du système d'échappement en titane peut être réduite de 7 à 9 kilos. Actuellement, le matériau en titane utilisé dans le système d'échappement est principalement du titane pur industriel.
7. Partie du châssis
Afin d'améliorer la sécurité et la fiabilité des automobiles, il faut considérer les aspects de conception et de fabrication, surtout les matériaux de fabrication. Le titane est un très bon matériau utilisé pour fabriquer les châssis de carrosserie. Il a non seulement une force spécifique élevée, mais a aussi une bonne ténacité. Au Japon, les constructeurs automobiles choisissent des tubes soudés en titane pur pour fabriquer des cadres de carrosserie. Ce type de cadre peut permettre aux conducteurs de se sentir en sécurité lorsqu'ils conduisent.
8. Autres pièces en alliage de titane
En plus des composants ci-dessus, le titane est également utilisé dans les culbuteurs des moteurs, ressorts de suspension, axes de piston du moteur, fixations automobiles, écrous de roue, poutres saillantes de porte automobile, supports d'engrenages automobiles, pistons d'étrier de frein, boulons à goupilles, pièces automobiles sous pression telles que des plaques, boutons de changement de vitesse et disques d'embrayage automobile.
Résumer:
Avec le développement de l'économie et la réduction du coût du titane, de plus en plus de concepteurs en ingénierie choisiront des pièces en titane comme pièces automobiles. Les alliages de titane joueront à terme un rôle important dans la production de l'industrie automobile.