60% da energia de combustão do combustível automóvel é consumida pela sua própria massa. Ansioso pela direção de desenvolvimento futuro da indústria automobilística, leve, baixo consumo de combustível e baixas emissões são os temas do desenvolvimento. O surgimento de materiais industriais de titânio torna a fabricação de automóveis uma escolha melhor.
O metal titânio tem as vantagens de baixa densidade, alta resistência específica e boa resistência à corrosão. O uso de materiais de titânio em automóveis pode reduzir bastante a massa corporal, reduzir o consumo de combustível, melhorar a eficiência do motor, melhorar o meio ambiente e reduzir o ruído. No entanto, o alto preço faz com que as ligas de titânio tenham apenas algumas aplicações em modelos de luxo e carros esportivos da indústria automobilística, e raramente usado em carros comuns. Portanto, pesquisa e desenvolvimento de ligas de titânio de baixo custo que atendam às necessidades do mercado é a chave para promover sua aplicação em carros domésticos comuns
Situação atual da aplicação de ligas de titânio na indústria automotiva
Embora as ligas de titânio tenham sido amplamente utilizadas na indústria aeroespacial, indústrias petroquímica e de construção naval, sua aplicação na indústria automotiva desenvolveu-se lentamente. A partir do desenvolvimento bem-sucedido do primeiro carro totalmente em titânio pela General Motors nos Estados Unidos em 1956, peças automotivas de titânio não atingiram o nível de produção em massa até a década de 1980. Na década de 1990, como a demanda por carros de luxo, carros esportivos, e carros de corrida aumentaram ano após ano, peças automotivas de titânio As peças fabricadas se desenvolveram rapidamente. Em 1990, a quantidade de titânio usada em automóveis em todo o mundo foi de apenas 50 toneladas. Atingiu 500t em 1997, 1,100t dentro 2002, e 3.000 t em 2009. Espera-se que a quantidade de titânio usada em automóveis em todo o mundo exceda 5.000 toneladas em 2015. Atualmente, os seguintes tipos de peças de liga de titânio são comumente usados.
1. Biela do motor
A liga de titânio é um material ideal para bielas. As bielas do motor feitas de liga de titânio podem efetivamente reduzir a massa do motor, melhorar a eficiência de combustível e reduzir o volume de escape. Comparado com bielas de aço, bielas de titânio podem reduzir a massa em 15% para 20%. A aplicação de bielas de liga de titânio foi refletida pela primeira vez no novo sedã Ferrari 3.5LV8 da Itália e no motor NSX da Acura. Os principais materiais utilizados nas bielas de liga de titânio são Ti-6Al-4V, Ti-10V-2Fe-3Al, Ti-3Al-2,0V e Ti-4Al-4Mo-Sn-0.5E. Outros materiais de liga de titânio, como Ti-4Al. A aplicação de -2Si-4Mn e Ti-7M-4Mo em bielas também está em desenvolvimento.
2.Válvula do motor
Válvulas de motores automotivos feitas de liga de titânio podem não apenas reduzir a massa e prolongar a vida útil, mas também reduzir o consumo de combustível e melhorar a confiabilidade do veículo. Comparado com válvulas de aço, válvulas de titânio podem reduzir a massa em 30% para 40%, e a velocidade limite do motor pode ser aumentada em 20%. No que diz respeito às aplicações atuais, o material da válvula de admissão é principalmente Ti-6Al-4V, e o material da válvula de escape é principalmente Ti-6242S. Normalmente Sn e Al são adicionados para obter menor fragilidade e maior resistência; a adição de Mo pode melhorar as propriedades de tratamento térmico de ligas de titânio, aumentar a resistência de têmpera e envelhecimento de ligas de titânio, e aumentar a dureza. Outras ligas de titânio com potencial de desenvolvimento incluem:
1) A válvula de admissão pode ser feita de Ti-62S, que possui propriedades equivalentes ao Ti-6Al-4V e é mais barato.
2) A válvula de escape pode ser feita de Ti-6Al-2Sn-4.0Zr-0.4-Mo-0.45E. Devido ao seu menor teor de Mo, sua resistência à fluência é melhor que a do Ti-6242S, e sua resistência à oxidação pode chegar a 600°C. .
3) A válvula de escape pode ser feita de γ-TiAl, que tem as características de resistência a altas temperaturas e peso leve, mas não é adequado para métodos tradicionais de forjamento durante o processamento. É adequado apenas para processamento de fundição e metalurgia do pó.
3. Assento da mola da válvula
Alta resistência e resistência à fadiga são propriedades necessárias para a sede da mola da válvula. A liga de titânio beta é uma liga tratada termicamente que pode obter alta resistência através do tratamento de envelhecimento em solução sólida. Os materiais correspondentes mais adequados são Ti-15V-3Cr- 3Al-3Sn e Ti-15Mo-3Al-2,7Nb-0.2E. A Mitsubishi Motors usa sedes de mola de válvula em liga de titânio Ti-22V-4Al em seus veículos de produção em larga escala, que reduz a massa em 42% em comparação com as fechaduras de aço originais, reduz a massa inercial do mecanismo da válvula por 6%, e aumenta a velocidade máxima do motor. 300rpm.
4.Mola em liga de titânio
O titânio e suas ligas têm um módulo de elasticidade menor que os materiais de aço e um grande valor de σs/E, tornando-os adequados para a fabricação de componentes elásticos. Comparado com molas de aço para automóveis, sob a premissa do mesmo trabalho elástico, a altura das molas de titânio é apenas 40% de molas de aço, e a massa é apenas 30% para 40% de molas de aço, o que facilita o design da carroceria do carro. Além disso, as excelentes propriedades de fadiga e resistência à corrosão da liga de titânio podem prolongar a vida útil da mola. Atualmente, materiais de liga de titânio que podem ser usados para fazer molas de automóveis incluem Ti-4.5Fe6.8Mo-1.5Al e Ti-13V11C-3Al.
5. Turbocompressor
Os turbocompressores podem melhorar a eficiência da combustão do motor e aumentar a potência e o torque do motor. O rotor da turbina do turbocompressor precisa trabalhar em gases de escape de alta temperatura acima de 850°C por um longo tempo, por isso requer boa resistência ao calor. Metais leves tradicionais, como ligas de alumínio, não podem ser usados devido aos seus baixos pontos de fusão.. Embora materiais cerâmicos sejam usados em rotores de turbinas devido ao seu peso leve e boa resistência a altas temperaturas, sua aplicação é limitada devido ao alto custo e à incapacidade de otimizar sua forma. Para resolver esses problemas, Tetsui e outros desenvolveram o rotor da turbina TiAl. Depois de muitos testes, foi verificado que não só tem boa durabilidade e eficiência, mas também pode melhorar a aceleração do motor. Este design foi comercializado com sucesso na série Mitsubishi Lancer Evolution.
6. Sistema de escapamento e silenciador
O titânio é amplamente utilizado em sistemas de escapamento de automóveis. Os sistemas de escape feitos de titânio e suas ligas podem não apenas melhorar a confiabilidade, prolongar a vida e melhorar a aparência, mas também reduza a massa e melhore a eficiência da combustão de combustível. Comparado com sistemas de exaustão de aço, sistemas de exaustão de titânio podem reduzir a massa em aproximadamente 40%. Em carros da série Golf, a massa do sistema de escape de titânio pode ser reduzida por 7 para 9 kg. Atualmente, o material de titânio usado no sistema de escapamento é principalmente titânio puro industrial.
7. Parte da estrutura do corpo
Para melhorar a segurança e a confiabilidade dos automóveis, é necessário considerar os aspectos de design e fabricação, especialmente os materiais de fabricação. O titânio é um material muito bom usado para fazer estruturas de carrocerias. Não só tem alta resistência específica, mas também tem boa resistência. No Japão, fabricantes de automóveis escolhem tubos soldados de titânio puro para fazer estruturas de carroceria. Este tipo de quadro pode fazer com que os motoristas se sintam seguros ao dirigir.
8. Outras peças de liga de titânio
Além dos componentes acima, titânio também é usado em balancins de motores, molas de suspensão, pinos do pistão do motor, fixadores automotivos, porcas, vigas salientes de portas automotivas, suportes de engrenagens automotivas, pistões de pinça de freio, parafusos de pino, pressão Peças automotivas, como placas, botões de mudança e discos de embreagem de automóveis.
Resumir:
Com o desenvolvimento da economia e a redução do custo do titânio, mais designers de engenharia escolherão peças de titânio como peças automotivas. As ligas de titânio acabarão por desempenhar um papel importante na produção da indústria automotiva.