60% энергии сгорания автомобильного топлива расходуется на его собственную массу. С нетерпением ждем будущего направления развития автомобильной промышленности, легкий, низкий расход топлива и низкие выбросы – темы развития. Появление промышленных титановых материалов делает автомобилестроение лучшим выбором..
Металлический титан имеет преимущества низкой плотности., высокая удельная прочность и хорошая коррозионная стойкость. Использование титановых материалов в автомобилях может значительно снизить массу кузова., снизить расход топлива, повысить эффективность двигателя, улучшить окружающую среду и снизить шум. Однако, из-за высокой цены титановые сплавы находят лишь ограниченное применение в моделях класса люкс и спортивных автомобилях в автомобильной промышленности., и редко используется в обычных автомобилях. Поэтому, исследования и разработки недорогих титановых сплавов, отвечающих потребностям рынка, являются ключом к продвижению их применения в обычных бытовых автомобилях.
Текущее состояние применения титановых сплавов в автомобильной промышленности.
Хотя титановые сплавы широко используются в аэрокосмической промышленности., нефтехимическая и судостроительная промышленность, их применение в автомобильной промышленности развивалось медленно. Начиная с успешной разработки первого полностью титанового автомобиля компанией General Motors в США в 1956, Титановые автозапчасти достигли уровня массового производства только в 1980-х годах.. В 1990-е годы, как спрос на роскошные автомобили, спортивные автомобили, и гоночных автомобилей увеличивается с каждым годом, титановые автозапчасти Производство деталей быстро развивалось. В 1990, количество титана, используемого в автомобилях по всему миру, составляло всего 50 тонн.. Он достиг 500 т в 1997, 1,100т в 2002, и 3000т в 2009. Ожидается, что количество титана, используемого в автомобилях по всему миру, превысит 5000 тонн в 2015. В настоящий момент, Обычно используются следующие типы деталей из титанового сплава.
1. Шатун двигателя
Титановый сплав — идеальный материал для шатунов.. Шатуны двигателя из титанового сплава позволяют эффективно снизить массу двигателя., улучшить топливную экономичность и уменьшить объем выхлопных газов. По сравнению со стальными шатунами, Титановые шатуны позволяют уменьшить массу за счет 15% к 20%. Применение шатунов из титанового сплава впервые было отражено в новом итальянском седане Ferrari 3.5LV8 и двигателе Acura NSX.. Основными материалами, используемыми в шатунах из титанового сплава, являются Ti-6Al-4V., Ти-10В-2Фе-3Ал, Ти-3Ал-2,0В и Ти-4Ал-4Мо-Sn-0.5И. Другие материалы из титановых сплавов, такие как Ti-4Al. Применение -2Si-4Mn и Ti-7M-4Mo в шатунах также находится в стадии разработки..
2.Клапан двигателя
Клапаны автомобильных двигателей из титанового сплава позволяют не только уменьшить массу и продлить срок службы., но также снизить расход топлива и повысить надежность автомобиля.. По сравнению со стальными клапанами, титановые клапаны могут уменьшить массу за счет 30% к 40%, а предельную скорость двигателя можно увеличить на 20%. Что касается текущих приложений, материал впускного клапана в основном Ti-6Al-4V, и материал выпускного клапана в основном Ti-6242S.. Обычно Sn и Al добавляются вместе, чтобы получить меньшую хрупкость и более высокую прочность.; добавление Мо может улучшить свойства термической обработки титановых сплавов., повысить прочность закалочных и стареющих титановых сплавов, и увеличить твердость. Другие титановые сплавы с потенциалом развития включают:
1) Впускной клапан может быть изготовлен из Ti-62S., который имеет свойства, эквивалентные Ti-6Al-4V, и дешевле.
2) Выпускной клапан может быть изготовлен из Ti-6Al-2Sn-4.0Zr.-0.4-Мо-0.45И. Из-за более низкого содержания Mo, его сопротивление ползучести лучше, чем у Ti-6242S, и его стойкость к окислению может достигать 600°C.. .
3) Выпускной клапан может быть изготовлен из γ-TiAl., который имеет характеристики высокой термостойкости и легкого веса, но он не подходит для традиционных методов ковки при обработке.. Подходит только для литья и обработки порошковой металлургии..
3. Седло пружины клапана
Высокая прочность и сопротивление усталости являются необходимыми свойствами седла клапанной пружины.. Бета-титановый сплав представляет собой термообработанный сплав, который может получить высокую прочность за счет старения в твердом растворе.. Соответствующими более подходящими материалами являются Ti-15V-3Cr.- 3Ал-3Сн и Ти-15Мо-3Ал-2,7Нб-0.2И. Mitsubishi Motors использует седла пружин клапанов из титанового сплава Ti-22V-4Al в своих крупносерийных автомобилях., что уменьшает массу на 42% по сравнению с оригинальными стальными замками, уменьшает инерционную массу клапанного механизма за счет 6%, и увеличивает максимальные обороты двигателя. 300об/мин.
4.Пружина из титанового сплава
Титан и его сплавы имеют более низкий модуль упругости, чем стальные материалы, и большое значение σs/E., что делает их пригодными для производства эластичных компонентов. По сравнению со стальными автомобильными рессорами, при условии той же упругой работы, высота титановых пружин всего 40% из стальных пружин, и масса всего 30% к 40% из стальных пружин, что облегчает проектирование кузова автомобиля. Кроме того, Отличные усталостные свойства и коррозионная стойкость титанового сплава позволяют продлить срок службы пружины.. В настоящее время, Материалы из титановых сплавов, которые можно использовать для изготовления автомобильных пружин, включают Ti-4,5Fe6,8Mo-1,5Al и Ti-13V11C-3Al..
5. Турбокомпрессор
Турбокомпрессоры могут улучшить эффективность сгорания двигателя и увеличить мощность и крутящий момент двигателя.. Ротор турбины турбонагнетателя должен работать в условиях выхлопных газов с температурой выше 850°C в течение длительного времени., поэтому требуется хорошая термостойкость. Традиционные легкие металлы, такие как алюминиевые сплавы, не могут быть использованы из-за их низких температур плавления.. Хотя керамические материалы используются в роторах турбин из-за их легкого веса и хорошей устойчивости к высоким температурам., их применение ограничено из-за высокой стоимости и невозможности оптимизировать форму.. Чтобы решить эти проблемы, Тецуи и другие разработали ротор турбины из TiAl.. После многих тестов, было проверено, что он не только обладает хорошей долговечностью и эффективностью., но также может улучшить ускорение двигателя. Эта конструкция была успешно реализована в серии Mitsubishi Lancer Evolution..
6. Выхлопная система и глушитель
Титан широко используется в выхлопных системах автомобилей.. Выхлопные системы из титана и его сплавов позволяют не только повысить надежность, продлить жизнь и улучшить внешний вид, но также уменьшить массу и улучшить эффективность сгорания топлива. По сравнению со стальными выхлопными системами, Титановые выхлопные системы позволяют снизить массу примерно 40%. В автомобилях серии Golf, массу титановой выхлопной системы можно уменьшить за счет 7 к 9 кг. В настоящее время, Титановый материал, используемый в выхлопной системе, в основном представляет собой чистый промышленный титан..
7. Часть каркаса кузова
В целях повышения безопасности и надежности автомобилей, необходимо учитывать конструктивные и производственные аспекты, особенно материалы изготовления. Титан – очень хороший материал, используемый для изготовления каркасов кузовов автомобилей.. Он не только обладает высокой удельной прочностью, но также имеет хорошую прочность. В Японии, Автопроизводители выбирают сварные трубы из чистого титана для изготовления каркасов кузовов. Такая рама позволяет водителям чувствовать себя в безопасности во время вождения..
8. Другие детали из титанового сплава
Помимо вышеперечисленных компонентов, титан также используется в коромыслах двигателя., пружины подвески, поршневые пальцы двигателя, автомобильный крепеж, гайки, Выступающие балки автомобильной двери, автомобильные кронштейны передач, поршни тормозного суппорта, штифтовые болты, давление Автозапчасти, такие как пластины, кнопки переключения передач и автомобильные диски сцепления.
Подвести итог:
С развитием экономики и снижением стоимости титана, все больше инженеров-конструкторов будут выбирать титановые детали в качестве автомобильных деталей. Титановые сплавы в конечном итоге будут играть важную роль в производстве автомобильной промышленности..