60% energii spalania paliwa samochodowego jest zużywana przez jego własną masę. Z niecierpliwością czekamy na przyszły kierunek rozwoju przemysłu samochodowego, lekki, Niskie zużycie paliwa i niska emisja gazów cieplarnianych to główne motywy rozwoju. Pojawienie się przemysłowych materiałów tytanowych sprawia, że produkcja samochodów jest lepszym wyborem.
Tytan metaliczny ma zalety niskiej gęstości, wysoka wytrzymałość właściwa i dobra odporność na korozję. Zastosowanie materiałów tytanowych w samochodach może znacznie zmniejszyć masę ciała, zmniejszyć zużycie paliwa, poprawić wydajność silnika, poprawić środowisko i zmniejszyć hałas. Jednakże, Wysoka cena sprawia, że stopy tytanu mają jedynie pewne zastosowania w luksusowych modelach i samochodach sportowych w przemyśle samochodowym, i rzadko stosowane w zwykłych samochodach. Dlatego, badania i rozwój tanich stopów tytanu odpowiadających potrzebom rynku są kluczem do promowania ich zastosowania w zwykłych samochodach domowych
Aktualny stan zastosowań stopów tytanu w przemyśle motoryzacyjnym
Chociaż stopy tytanu są szeroko stosowane w przemyśle lotniczym, przemysł petrochemiczny i stoczniowy, ich zastosowanie w przemyśle motoryzacyjnym rozwija się powoli. Począwszy od pomyślnego opracowania pierwszego całkowicie tytanowego samochodu przez General Motors w Stanach Zjednoczonych w r 1956, tytanowe części samochodowe osiągnęły poziom produkcji masowej dopiero w latach 80-tych. W latach 90, jak popyt na luksusowe samochody, samochody sportowe, i samochodów wyścigowych rosła z roku na rok, tytanowe części samochodowe Wytwarzane części szybko się rozwijają. W 1990, ilość tytanu użytego w samochodach na całym świecie wynosiła zaledwie 50 ton. Osiągnął 500 ton 1997, 1,100t w 2002, i 3000 ton w 2009. Oczekuje się, że ilość tytanu stosowanego w samochodach na całym świecie przekroczy 5000 ton 2015. Obecnie, powszechnie stosowane są następujące typy części ze stopów tytanu.
1. Korbowód silnika
Stop tytanu jest idealnym materiałem na korbowody. Korbowody silnika wykonane ze stopu tytanu mogą skutecznie zmniejszyć masę silnika, poprawić efektywność paliwową i zmniejszyć objętość spalin. W porównaniu ze stalowymi korbowodami, tytanowe korbowody mogą zmniejszyć masę o 15% Do 20%. Zastosowanie korbowodów ze stopu tytanu zostało po raz pierwszy odzwierciedlone w nowym włoskim sedanie Ferrari 3.5LV8 i silniku NSX Acury. Głównymi materiałami stosowanymi w korbowodach ze stopu tytanu są Ti-6Al-4V, Ti-10V-2Fe-3Al, Ti-3Al-2,0V i Ti-4Al-4Mo-Sn-0.5I. Inne materiały ze stopów tytanu, takie jak Ti-4Al. Trwają również prace nad zastosowaniem -2Si-4Mn i Ti-7M-4Mo w korbowodach.
2.Zawór silnika
Zawory silników samochodowych wykonane ze stopu tytanu mogą nie tylko zmniejszyć masę i wydłużyć żywotność, ale także zmniejszyć zużycie paliwa i poprawić niezawodność pojazdu. W porównaniu z zaworami stalowymi, zawory tytanowe mogą zmniejszyć masę o 30% Do 40%, a prędkość graniczną silnika można zwiększyć o 20%. Jeśli chodzi o aktualne zastosowania, materiałem zaworu wlotowego jest głównie Ti-6Al-4V, a materiałem zaworu wydechowego jest głównie Ti-6242S. Zwykle Sn i Al dodaje się razem, aby uzyskać niższą kruchość i wyższą wytrzymałość; dodatek Mo może poprawić właściwości obróbki cieplnej stopów tytanu, zwiększają wytrzymałość hartowania i starzenia stopów tytanu, i zwiększyć twardość. Inne stopy tytanu z potencjałem rozwojowym obejmują:
1) Zawór wlotowy może być wykonany z Ti-62S, który ma właściwości równoważne Ti-6Al-4V i jest tańszy.
2) Zawór wydechowy może być wykonany z Ti-6Al-2Sn-4.0Zr-0.4-Pon-0.45I. Ze względu na niższą zawartość Mo, jego odporność na pełzanie jest lepsza niż Ti-6242S, a jego odporność na utlenianie może osiągnąć 600°C. .
3) Zawór wydechowy może być wykonany z γ-TiAl, który ma cechy odporności na wysoką temperaturę i lekkości, ale nie nadaje się do tradycyjnych metod kucia podczas przetwarzania. Nadaje się tylko do odlewania i obróbki metalurgii proszków.
3. Gniazdo sprężyny zaworu
Wysoka wytrzymałość i odporność na zmęczenie są niezbędnymi właściwościami gniazda sprężyny zaworu. Stop tytanu Beta jest stopem poddanym obróbce cieplnej, który może uzyskać wysoką wytrzymałość poprzez starzenie w roztworze stałym. Odpowiednimi, bardziej odpowiednimi materiałami są Ti-15V-3Cr- 3Al-3Sn i Ti-15Mo-3Al-2,7Nb-0.2I. Mitsubishi Motors wykorzystuje gniazda sprężyn zaworowych ze stopu tytanu Ti-22V-4Al w swoich pojazdach produkowanych na dużą skalę, co zmniejsza masę o 42% w porównaniu z oryginalnymi zamkami stalowymi, zmniejsza masę bezwładności mechanizmu zaworowego o 6%, i zwiększa maksymalną prędkość obrotową silnika. 300obr./min.
4.Sprężyna ze stopu tytanu
Tytan i jego stopy mają niższy moduł sprężystości niż materiały stalowe i dużą wartość σs/E, dzięki czemu nadają się do produkcji elementów elastycznych. W porównaniu ze stalowymi sprężynami samochodowymi, przy założeniu tej samej pracy sprężystej, wysokość sprężyn tytanowych to tylko 40% ze sprężyn stalowych, i masa jest tylko 30% Do 40% ze sprężyn stalowych, co ułatwia projektowanie karoserii. Ponadto, doskonałe właściwości zmęczeniowe i odporność na korozję stopu tytanu mogą wydłużyć żywotność sprężyny. Obecnie, materiały ze stopów tytanu, które można wykorzystać do produkcji resorów samochodowych, obejmują Ti-4,5Fe6,8Mo-1,5Al i Ti-13V11C-3Al.
5. Turbosprężarka
Turbosprężarki mogą poprawić wydajność spalania silnika oraz zwiększyć moc i moment obrotowy silnika. Wirnik turbiny turbosprężarki musi długo pracować w spalinach o wysokiej temperaturze powyżej 850°C, dlatego wymaga dobrej odporności na ciepło. Tradycyjne metale lekkie, takie jak stopy aluminium, nie mogą być stosowane ze względu na ich niską temperaturę topnienia. Chociaż w wirnikach turbin stosuje się materiały ceramiczne ze względu na ich niewielką wagę i dobrą odporność na wysokie temperatury, ich zastosowanie jest ograniczone ze względu na wysoki koszt i brak możliwości optymalizacji kształtu. Aby rozwiązać te problemy, Tetsui i inni opracowali wirnik turbiny TiAl. Po wielu testach, sprawdzono, że ma on nie tylko dobrą trwałość i wydajność, ale także może poprawić przyspieszenie silnika. Projekt ten został pomyślnie skomercjalizowany w serii Mitsubishi Lancer Evolution.
6. Układ wydechowy i tłumik
Tytan jest szeroko stosowany w samochodowych układach wydechowych. Układy wydechowe wykonane z tytanu i jego stopów mogą nie tylko poprawić niezawodność, przedłużyć życie i poprawić wygląd, ale także zmniejszyć masę i poprawić efektywność spalania paliwa. W porównaniu ze stalowymi układami wydechowymi, tytanowe układy wydechowe mogą zmniejszyć masę o około 40%. W samochodach serii Golf, masę tytanowego układu wydechowego można zmniejszyć o 7 Do 9 kg. Obecnie, Materiał tytanowy stosowany w układzie wydechowym to głównie czysty tytan przemysłowy.
7. Część ramy nadwozia
W celu poprawy bezpieczeństwa i niezawodności samochodów, konieczne jest rozważenie aspektów projektowania i produkcji, zwłaszcza materiały produkcyjne. Tytan jest bardzo dobrym materiałem stosowanym do produkcji ram karoserii samochodów. Ma nie tylko wysoką wytrzymałość właściwą, ale ma też dobrą wytrzymałość. W Japonii, producenci samochodów wybierają rury spawane z czystego tytanu do produkcji ram nadwozia. Tego rodzaju rama może sprawić, że kierowca będzie czuł się bezpiecznie podczas jazdy.
8. Inne części ze stopu tytanu
Oprócz powyższych składników, tytan jest również stosowany w wahaczach silnika, sprężyny zawieszenia, sworznie tłokowe silnika, elementy złączne samochodowe, nakrętki, wystające belki drzwi samochodowych, wsporniki przekładni samochodowych, tłoczki zacisków hamulcowych, śruby sworzniowe, ciśnienie Części samochodowe, takie jak płyty, przyciski zmiany biegów i tarcze sprzęgła samochodowego.
Streszczać:
Wraz z rozwojem gospodarki i spadkiem kosztów tytanu, więcej projektantów inżynierii wybierze części tytanowe jako części samochodowe. Stopy tytanu w przyszłości odegrają ważną rolę w produkcji przemysłu motoryzacyjnego.