60% năng lượng đốt cháy của nhiên liệu ô tô được tiêu thụ bởi khối lượng của chính nó. Kỳ vọng vào hướng phát triển trong tương lai của ngành ô tô, nhẹ, tiêu thụ nhiên liệu thấp và lượng khí thải thấp là chủ đề của sự phát triển. Sự xuất hiện của vật liệu titan công nghiệp khiến sản xuất ô tô trở thành lựa chọn tốt hơn.
Kim loại titan có ưu điểm là mật độ thấp, cường độ riêng cao và khả năng chống ăn mòn tốt. Việc sử dụng vật liệu titan trong ô tô có thể làm giảm đáng kể khối lượng cơ thể, giảm tiêu thụ nhiên liệu, nâng cao hiệu suất động cơ, cải thiện môi trường và giảm tiếng ồn. Tuy nhiên, giá cao khiến hợp kim titan chỉ có một số ứng dụng trên các mẫu xe hạng sang và xe thể thao trong ngành công nghiệp ô tô, và hiếm khi được sử dụng trên ô tô thông thường. Vì thế, nghiên cứu và phát triển hợp kim titan giá rẻ đáp ứng nhu cầu thị trường là chìa khóa để thúc đẩy ứng dụng của chúng trên ô tô gia dụng thông thường
Hiện trạng ứng dụng hợp kim titan trong ngành công nghiệp ô tô
Mặc dù hợp kim titan đã được sử dụng rộng rãi trong ngành hàng không vũ trụ, ngành công nghiệp hóa dầu và đóng tàu, ứng dụng của chúng trong ngành công nghiệp ô tô đã phát triển chậm. Bắt đầu từ sự phát triển thành công chiếc ô tô hoàn toàn bằng titan đầu tiên của General Motors tại Hoa Kỳ vào năm 1956, phụ tùng ô tô titan chưa đạt đến mức sản xuất hàng loạt cho đến những năm 1980. Vào những năm 1990, do nhu cầu về xe hơi sang trọng, xe thể thao, và xe đua tăng dần qua từng năm, phụ tùng ô tô titan Các bộ phận sản xuất đã phát triển nhanh chóng. TRONG 1990, lượng titan được sử dụng trong ô tô trên toàn thế giới chỉ là 50 tấn. Nó đạt tới 500 tấn trong 1997, 1,100t vào 2002, và 3.000t vào 2009. Dự kiến lượng titan sử dụng trong ô tô trên toàn thế giới sẽ vượt quá 5.000 tấn vào năm 2015. Hiện tại, các loại bộ phận hợp kim titan sau đây thường được sử dụng.
1. Thanh nối động cơ
Hợp kim titan là vật liệu lý tưởng để làm thanh nối. Thanh kết nối động cơ làm bằng hợp kim titan có thể giảm khối lượng động cơ một cách hiệu quả, cải thiện hiệu quả sử dụng nhiên liệu và giảm lượng khí thải. So với thanh nối thép, thanh kết nối titan có thể giảm khối lượng bằng cách 15% ĐẾN 20%. Ứng dụng thanh nối hợp kim titan lần đầu tiên được thể hiện trên mẫu sedan Ferrari 3.5LV8 mới của Ý và động cơ NSX của Acura. Vật liệu chính được sử dụng làm thanh nối hợp kim titan là Ti-6Al-4V, Ti-10V-2Fe-3Al, Ti-3Al-2.0V và Ti-4Al-4Mo-Sn-0.5Và. Các vật liệu hợp kim titan khác như Ti-4Al Ứng dụng của -2Si-4Mn và Ti-7M-4Mo trong thanh nối cũng đang được phát triển.
2.Van động cơ
Van động cơ ô tô làm bằng hợp kim titan không chỉ có thể giảm khối lượng và kéo dài tuổi thọ, mà còn giảm mức tiêu thụ nhiên liệu và cải thiện độ tin cậy của xe. So với van thép, van titan có thể giảm khối lượng bằng cách 30% ĐẾN 40%, và tốc độ giới hạn của động cơ có thể được tăng lên bằng cách 20%. Đối với các ứng dụng hiện tại, vật liệu của van nạp chủ yếu là Ti-6Al-4V, và chất liệu của van xả chủ yếu là Ti-6242S. Thông thường Sn và Al được thêm vào với nhau để có độ giòn thấp hơn và Độ bền cao hơn; việc bổ sung Mo có thể cải thiện tính chất xử lý nhiệt của hợp kim titan, tăng cường sức mạnh của hợp kim titan làm nguội và lão hóa, và tăng độ cứng. Các hợp kim titan khác có tiềm năng phát triển bao gồm:
1) Van nạp có thể được làm bằng Ti-62S, có đặc tính tương đương Ti-6Al-4V và rẻ hơn.
2) Van xả có thể được làm bằng Ti-6Al-2Sn-4.0Zr-0.4-Mơ-0.45Và. Vì hàm lượng Mo thấp hơn, khả năng chống leo của nó tốt hơn Ti-6242S, và khả năng chống oxy hóa của nó có thể đạt tới 600 ° C. .
3) Van xả có thể được làm bằng γ-TiAl, có đặc tính chịu nhiệt độ cao và trọng lượng nhẹ, nhưng nó không phù hợp với các phương pháp rèn truyền thống trong quá trình gia công. Nó chỉ thích hợp cho việc đúc và gia công luyện kim bột.
3. Ghế lò xo van
Độ bền cao và khả năng chống mỏi là những đặc tính cần thiết của ghế lò xo van. Hợp kim titan beta là hợp kim được xử lý nhiệt có thể đạt được độ bền cao thông qua xử lý lão hóa dung dịch rắn. Các vật liệu phù hợp hơn tương ứng là Ti-15V-3Cr- 3Al-3Sn và Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Và. Mitsubishi Motors sử dụng ghế lò xo van hợp kim titan Ti-22V-4Al trên xe sản xuất quy mô lớn, làm giảm khối lượng bằng cách 42% so với ổ khóa thép ban đầu, làm giảm khối lượng quán tính của cơ cấu van bằng cách 6%, và tăng tốc độ động cơ tối đa. 300vòng/phút.
4.Lò xo hợp kim titan
Titan và hợp kim của nó có mô đun đàn hồi thấp hơn vật liệu thép và giá trị σs/E lớn, làm cho chúng phù hợp để sản xuất các bộ phận đàn hồi. So với lò xo ô tô bằng thép, dưới tiền đề của cùng một công đàn hồi, chiều cao của lò xo titan chỉ 40% của lò xo thép, và khối lượng chỉ là 30% ĐẾN 40% của lò xo thép, tạo điều kiện thuận lợi cho việc thiết kế thân xe. Ngoài ra, đặc tính mỏi tuyệt vời và khả năng chống ăn mòn của hợp kim titan có thể kéo dài tuổi thọ của lò xo. Hiện nay, Vật liệu hợp kim titan có thể dùng làm lò xo ô tô gồm Ti-4.5Fe6.8Mo-1.5Al và Ti-13V11C-3Al.
5. tăng áp
Bộ tăng áp có thể cải thiện hiệu suất đốt cháy của động cơ và tăng cường công suất và mô-men xoắn của động cơ. Rôto tuabin của bộ tăng áp cần làm việc lâu dài trong khí thải nhiệt độ cao trên 850°C, vì vậy nó đòi hỏi khả năng chịu nhiệt tốt. Không thể sử dụng các kim loại nhẹ truyền thống như hợp kim nhôm do nhiệt độ nóng chảy thấp. Mặc dù vật liệu gốm được sử dụng trong rôto tuabin do trọng lượng nhẹ và khả năng chịu nhiệt độ cao tốt., ứng dụng của chúng bị hạn chế do chi phí cao và không có khả năng tối ưu hóa hình dạng của chúng. Để giải quyết những vấn đề này, Tetsui và những người khác đã phát triển rôto tuabin TiAl. Sau nhiều thử nghiệm, nó đã được xác minh rằng nó không chỉ có độ bền và hiệu quả tốt, mà còn có thể cải thiện khả năng tăng tốc của động cơ. Thiết kế này đã được thương mại hóa thành công trên dòng Mitsubishi Lancer Evolution.
6. Hệ thống xả và giảm thanh
Titan được sử dụng rộng rãi trong hệ thống ống xả ô tô. Hệ thống xả làm bằng titan và hợp kim của nó không chỉ có thể cải thiện độ tin cậy, kéo dài tuổi thọ và cải thiện ngoại hình, mà còn giảm khối lượng và cải thiện hiệu suất đốt cháy nhiên liệu. So với hệ thống ống xả bằng thép, hệ thống ống xả titan có thể giảm khối lượng khoảng 40%. Trong dòng xe Golf, khối lượng của hệ thống xả titan có thể giảm bằng cách 7 ĐẾN 9 kg. Hiện nay, Vật liệu titan được sử dụng trong hệ thống ống xả chủ yếu là titan nguyên chất công nghiệp.
7. Phần khung thân
Để nâng cao sự an toàn và độ tin cậy của ô tô, cần phải xem xét các khía cạnh thiết kế và sản xuất, đặc biệt là nguyên liệu sản xuất. Titan là chất liệu rất tốt dùng làm khung thân xe ô tô. Nó không chỉ có sức mạnh cụ thể cao, nhưng cũng có độ dẻo dai tốt. ở Nhật Bản, các nhà sản xuất ô tô chọn ống hàn titan nguyên chất để làm khung thân xe. Loại khung này có thể tạo cảm giác an toàn cho người lái xe khi lái xe.
8. Các bộ phận hợp kim titan khác
Ngoài các thành phần trên, titan cũng được sử dụng trong cánh tay đòn động cơ, lò xo treo, chốt piston động cơ, ốc vít ô tô, đai ốc, dầm nhô cửa ô tô, khung bánh răng ô tô, piston kẹp phanh, bu lông chốt, áp lực Các bộ phận ô tô như tấm, nút chuyển số và đĩa ly hợp ô tô.
Tóm tắt:
Với sự phát triển của nền kinh tế và việc giảm chi phí titan, nhiều nhà thiết kế kỹ thuật sẽ chọn các bộ phận titan làm phụ tùng ô tô. Hợp kim titan cuối cùng sẽ đóng một vai trò quan trọng trong sản xuất công nghiệp ô tô.