Aplikace slitiny titanu v automobilové lehké výrobě

Titan a slitiny titanu mají vlastnosti s nízkou hustotou, vynikajícími mechanickými vlastnostmi, dobrou biokompatibilitou, odolností proti korozi, vysokou teplotní odolností a dobrou houževnatostí za nízkých teplot. V současné době jsou široce používány při výrobě automobilů. Hustota slitiny titanu je pouze 60% hustoty oceli a pevnost může dosáhnout více než 800 MPa. Stále si udržuje dobré mechanické vlastnosti při asi 500 ° C a jeho svařovací a tvářecí vlastnosti jsou dobré. Používá se při výrobě závodních automobilů před více než 20 lety. Výrazně snížit kvalitu závodního motoru a současně zlepšit výkon motoru.

V současnosti se komponenty ze slitiny titanu používané při výrobě automobilů distribuují hlavně ve výfukových systémech automobilů, systémech motorů, systémech přenosu a redukce vibrací a v částech rámu karoserie.

1. Výfukový systém

Od materiálů výfukového systému automobilu se vyžaduje, aby měly dobré vysokoteplotní mechanické vlastnosti a odolnost proti korozi prvků S a Cl. Tradiční součásti výfukového ventilu jsou vyrobeny z nerezové oceli, ale bylo zjištěno, že slitiny titanu jsou z hlediska výkonu vhodnější pro materiály výfukového ventilu.

Titanová zpětná trubka použitá v novém automobilu Chevrolet Corvette Z206 účinně předchází důlkové korozi a korozi svaru na trubce z nerezové oceli a zároveň zlepšuje účinnost spalování paliva a akcelerační schopnost a zkracuje brzdnou dráhu.

Společnost Timet, největší výrobce titanu ve Spojených státech, se věnovala výzkumu a vývoji a výrobě výfukových systémů z titanové slitiny a mnoho japonských společností také provádělo související výzkum a vývoj. V současné době společnost Fuji Heavy Industries Co., Ltd. vyrobila omezený počet 440 sad výfukových systémů vozidel z titanové slitiny. průdušnice.

2. Systém motoru

Systém automobilových motorů je nejpoužívanější částí slitiny titanu v oblasti automobilů. Použití slitiny titanu v systému motoru zahrnuje hlavně ventil, ojnici, klikový hřídel, sedlo ventilu a další části.

Japonská' Honda Motor Company používá kované titanové ojnice v závodním motoru V-6 NSX; Mitsubishi Motors používá titanová ventilová sedadla u vysokokapacitních čtyřválcových motorů a automobily Porsche také používají titanové ojnice.

(1) Ventil

Pokud jde o ventily z titanové slitiny, provedly USA a Japonsko mnoho výzkumných prací. V současné době USA obvykle používají slitinu Ti-6Al-4V k výrobě sacích ventilů a slitinu Ti-6Al-2Sn-4Zr-2M k výrobě výfukových ventilů; zatímco v Japonsku Toyota používá slitinu Ti-6Al-4V / Ti B pro sací ventil a slitinu Ti-Al-Zr-Sn-Mo-Nb-Si / Ti B pro výfukový ventil. Všechny tyto typy titanových slitin mají dobré vysokoteplotní mechanické vlastnosti, odolnost proti oxidaci a odolnost proti tečení, což účinně zlepšuje výkon motoru a zrychluje vozidla.

(2) Sedlo ventilu

Sedla ventilů z titanové slitiny se široce používají v závodních a sportovních automobilech. Každý rok se vyrobí více než 250 000 sad. Jsou vyrobeny převážně ze slitiny Ti-6Al-4V nebo Ti-5Al-2Cr-1Fe. Vzhledem k tomu, že tvar sedla ventilu je poměrně jednoduchý, je používán v části Požadavky na obrábění nejsou vysoké a není vyžadována žádná speciální povrchová úprava, náklady jsou relativně levné a účinek je zřejmý při snižování hmotnosti automobilu.

(3) Ojnice

Použití ojnic ze slitiny titanu může účinně snížit kvalitu motoru a zlepšit výkon vozu. V současné době je hlavním přípravným materiálem slitina Ti-6Al-4V. Japan Daido Co., Ltd. v současné době vyvíjí dvoufázovou slitinu titanu Ti-3Al-2V-0.2Si-0.47Ce-0.27La, která má dobrou obrobitelnost a vynikající mechanické vlastnosti, únavové vlastnosti a odolnost proti korozi. , Předpokládá se jeho použití v částech ojnice motoru, které rychle zrychlují a zpomalují.

(4) Klikový hřídel

Přestože klikové hřídele ze slitiny titanu nebyly v současnosti široce používány, slitina Ti-3Al-2,5V speciálně vyvinutá v Japonsku byla ověřena na závodních automobilech Honda. Při účinném snižování kvality byly otáčky motoru zvýšeny o 700 ot / min, což dokazuje, že titan Nadřazenost klikového hřídele ze slitiny. Současně Japonsko zkušebně vyrábí klikové hřídele ze slitiny Ti-5Al-2Cr-Fe a očekává se, že slitiny titanu budou v součástech klikového hřídele používány častěji.

3. Tlumicí systém

Hlavní součástí systému odpružení tlumení automobilu je odpružená pružina. Ve srovnání s běžnou ocelovou pružinou pro automobily má titanová slitina vyšší měrnou pevnost a nižší modul smyku a vyšší únavovou pevnost, takže je vhodnější pro výrobu tlumících pružin automobilů. Protože průhyb pružiny je přímo úměrný počtu závitů a nepřímo úměrný modulu smyku materiálu, vyžaduje pružina z titanové slitiny méně závitů než ocelová pružina za podmínky dosažení stejné odezvy pružiny, což účinně snižuje kvalita pružiny. , Ušetřete místo.

Pružina z titanové slitiny může současně také účinně zvýšit rezonanční frekvenci pružiny a zvýšit její životnost. V současné době je většina pružin z titanové slitiny vyrobena z jednofázové slitiny β titanu. Německá společnost Volkswagen použila v některých automobilech převodové pružiny z titanové slitiny Lupo FSI a částka je přibližně 3500.

4. Rám těla

Pokud jde o komponenty rámu karoserie, vyšší měrná pevnost, nižší hustota a dobrá odolnost proti korozi ze slitiny titanu naznačují, že se jedná o dobrý materiál pro přípravu rámů karoserie. V současné době některé automobilové společnosti používají slitiny titanu na díly, jako jsou konzoly převodů a písty brzdových třmenů. Pokud jde o součásti převodovky, Japonsko v současné době vyvíjí proces vysokotáčivé výroby plášťů ze slitiny titanu. Ve srovnání s ocelovými pouzdry mohou pouzdra ze slitiny titanu lépe snižovat dopad setrvačníku a mít lepší tlumicí účinek.

Kromě toho se slitiny titanu používají také v automobilových spojovacích prostředcích a dalších součástech. S neustálým vývojem technologie přípravy titanové slitiny a automobilového průmyslu se titanové slitiny jistě budou častěji používat v automobilových součástech.

5. Význam slitin titanu pro nízkou hmotnost automobilů

Zahraniční výzkumné instituce vypočítaly a zjistily, že když kvalita služeb automobilu&# 39 poklesne o 10%, lze snížit spotřebu paliva o 6% až 8%. Studie také ukázaly, že na každých 91 kg úbytku hmotnosti lze ujet průměrně 0,43 km na litr paliva. Proto se díky neustálému rozvoji ekonomiky mé země&# 39 a neustálému zvyšování počtu automobilů stala lehká váha automobilů jedním z důležitých způsobů, jak snížit spotřebu energie a snížit znečištění ovzduší.

Titan a materiály ze slitiny titanu jsou v současné době široce používány v automobilových součástech kvůli jejich vynikajícím fyzikálním a chemickým vlastnostem. Použití titanových materiálů nejen účinně zlepšuje výkon a bezpečnostní faktor vozu, ale hraje také důležitou roli v lehké hmotnosti vozu, což účinně snižuje kvalitu vozu&# 39 a snižuje spotřebu paliva .

Ve srovnání s tradičním systémem z nerezové oceli je ve výfukovém systému automobilu použita sestava titanové výfukové trysky se zpětným potrubím, což může snížit hmotnost přibližně o 8,2 kg. Použití produktů ze slitiny titanu k nahrazení tradičních materiálů z oceli a litiny v částech motoru, jako jsou ventily a ojnice, může účinně snížit kvalitu motoru.

Podle výzkumu japonského automobilového průmyslu je použití asi 0,8 kg titanového materiálu pro automobilové výkonové ventily ekvivalentní účinku 20 kg ocelových dílů; každé titanové sedlo ventilu může snížit hmotnost přibližně 10 g ve srovnání s ocelovým sedlem ventilu; dokonce i tyče a klikové hřídele se používají ve slitinách titanu, které jsou nejúčinnější pro snížení hmotnosti motoru.

U systému tlumení vibrací může každá pružina z titanové slitiny snížit hmotnost o více než 60% ve srovnání s ocelovými pružinami. Na základě 4 odpružených pružin na vozidlo může každé vozidlo po změně na pružiny z titanové slitiny snížit hmotnost o 9 ~ 13,6 kg. Hmotnost tlumiče titanové slitiny je navíc pouze 5 ~ 6 kg, což je o 40% lehčí než tlumič z nerezové oceli.

Vezmeme-li jako příklad běžné středně velké auto, pokud se stávající automobilové díly ze slitiny titanu použijí k nahrazení tradičních dílů, sníží se pohotovostní hmotnost vozu z přibližně 1 500 kg na přibližně 1 000 kg, čímž se sníží hmotnost rychlost může dosáhnout 30% a celková spotřeba paliva může být snížena o 20%. Výše to výrazně sníží světovou spotřebu paliva a účinně zmírní problémy s nedostatkem energie a znečištěním životního prostředí.

Výše uvedená data ukazují, že použití slitin titanu má významný vliv na snížení hmotnosti automobilů. V moderním automobilovém průmyslu by se měla neustále vyvíjet aplikační technologie titanu a slitin titanu v automobilových součástech, aby se zvýšil podíl slitin titanu v automobilech.

V současné době je aplikace slitiny titanu v automobilovém průmyslu mé země&# 39 stále ve fázi testování. Hlavním problémem je, že náklady na materiály ze slitiny titanu jsou příliš vysoké a díly se obtížně zpracovávají.

Hlavním úkolem do budoucna by proto mělo být snížení ceny dílů ze slitiny titanu vyvíjením levných materiálů ze slitiny titanu, snižování výrobních nákladů na suroviny ze slitiny titanu a zlepšování efektivity zpracování dílů ze slitiny titanu zlepšováním technologie zpracování.

Zahraniční zkušenosti ukazují, že pouze kombinace automobilového designu a výroby a výzkumu a vývoje titanových slitin může poskytnout kvalitnější materiály ze slitin titanu pro automobily.

Předpokládá se, že s neustálým prohlubováním výzkumu a vývoje bude hrát titan a slitiny titanu v moderním automobilovém průmyslu mé země stále důležitější roli a bude podporovat neustálý rozvoj automobilového průmyslu.

Nicole