Titanapplikasjoner i bilindustrien

Selv om titanlegeringer har blitt mye brukt i romfart, petrokjemisk industri og skipsbygging, har deres anvendelse i bilindustrien utviklet seg sakte. Fra den vellykkede utviklingen av den første titanbilen av General Motors i USA i 1956, nådde ikke titanbildeler nivået på masseproduksjon før på 1980-tallet. På 1990-tallet, ettersom etterspørselen etter luksusbiler, sportsbiler og racerbiler økte år for år, har titan bildeler Produserte deler utviklet seg raskt. I 1990 var mengden titan brukt i biler rundt om i verden bare 50 tonn. I 1997 nådde den 500t. I 2002 nådde den 1100 tonn. I 2009 nådde den 3,000t. Det forventes at mengden titan som brukes i biler over hele verden vil overstige 5,000t i 2015. For tiden er følgende typer titanlegeringsdeler ofte brukt.

1. Motorens koblingsstang
Titanlegering er et ideelt materiale for koblingsstenger. Motorens koblingsstenger laget av titanlegering kan effektivt redusere motormassen, forbedre drivstoffeffektiviteten og redusere eksosvolumet. Sammenlignet med koblingsstenger av stål kan koblingsstenger av titan redusere massen med 15 % til 20 %. Anvendelsen av koblingsstenger i titanlegering ble først reflektert i Italias nye Ferrari sedan 3.5LV8 og Acuras NSX-motor. Hovedmaterialene som brukes i koblingsstenger av titanlegering er Ti-6Al-4V, Ti-10V-2Fe-3Al, Ti-3 Al-2.0V og Ti-4Al-4Mo-Sn-0.5Si. Andre titanlegeringsmaterialer som Ti-4Al Bruken av -2Si-4Mn og Ti-7M-4Mo i koblingsstenger er også under utvikling.
2.Motorventil
Bilmotorventiler laget av titanlegering kan ikke bare redusere massen og forlenge levetiden, men også redusere drivstofforbruket og forbedre kjøretøyets pålitelighet. Sammenlignet med stålventiler kan titanventiler redusere massen med 30 % til 40 %, og motorens grensehastighet kan økes med 20 %. Når det gjelder gjeldende bruksområder, er materialet til inntaksventilen hovedsakelig Ti-6Al-4V, og materialet til eksosventilen er hovedsakelig Ti-6242S. Vanligvis legges Sn og Al sammen for å oppnå lavere sprøhet og høyere styrke; tilsetning av Mo kan forbedre varmebehandlingsegenskapene til titanlegeringer, forbedre styrken til bråkjøling og aldring av titanlegeringer og øke hardheten. Andre titanlegeringer med utviklingspotensial inkluderer:
1) Inntaksventilen kan være laget av Ti-62S, som har egenskaper tilsvarende Ti-6Al-4V og er billigere.
2) Eksosventilen kan være laget av Ti-6Al-2Sn-4.0Zr-0.4-Mo{{7} }.45Si. På grunn av det lavere Mo-innholdet er krypemotstanden bedre enn Ti-6242S, og oksidasjonsmotstanden kan nå 600 grader. .
3) Eksosventilen kan være laget av -TiAl, som har egenskapene til høy temperaturmotstand og lav vekt, men den er ikke egnet for tradisjonelle smiingsmetoder under bearbeiding. Den er kun egnet for støping og pulvermetallurgibehandling.
3. Ventilfjærsete
Høy styrke og tretthetsmotstand er nødvendige egenskaper for ventilfjærsetet. Beta titanlegering er en varmebehandlet legering som kan oppnå høy styrke gjennom aldringsbehandling i fast løsning. De tilsvarende mer passende materialene er Ti-15V-3Cr- 3Al-3Sn og Ti-15Mo-3Al-2 .7Nb-0.2Si. Mitsubishi Motors bruker Ti-22V-4Al-titanium-legering ventilfjærseter i sine storskala produksjonskjøretøyer, som reduserer massen med 42 % sammenlignet med de originale stållåsene, reduserer treghetsmassen til ventilen mekanismen med 6 %, og øker det maksimale motorturtallet. 300r/min.
4.Titanlegeringsfjær
Titan og dets legeringer har lavere elastisitetsmodul og større σs/E-verdi enn stålmaterialer, noe som gjør dem egnet for produksjon av elastiske komponenter. Sammenlignet med bilfjærer av stål, under forutsetningen av det samme elastiske arbeidet, er høyden på titanfjærer bare 40% av stålfjærer, og massen er bare 30% til 40% av stålfjærer, noe som letter utformingen av bilens karosseri. I tillegg kan de utmerkede tretthetsegenskapene og korrosjonsbestandigheten til titanlegering forlenge levetiden til fjæren. For tiden inkluderer titanlegeringsmaterialer som kan brukes til å lage bilfjærer Ti-4.5Fe6.8Mo-1.5Al og Ti-13V11C-3Al.
5. Turbolader
Turboladere kan forbedre motorens forbrenningseffektivitet og forbedre motorkraften og dreiemomentet. Turbinrotoren til turboladeren må fungere i høytemperatur eksosgass over 850 grader i lang tid, så det krever god varmebestandighet. Tradisjonelle lettmetaller som aluminiumslegeringer kan ikke brukes på grunn av deres lave smeltepunkter. Selv om keramiske materialer brukes i turbinrotorer på grunn av deres lette vekt og gode høytemperaturmotstand, er deres anvendelse begrenset på grunn av deres høye kostnader og manglende evne til å optimalisere formen. For å løse disse problemene utviklet Tetsui og andre TiAl-turbinrotoren. Etter mange tester har det blitt bekreftet at den ikke bare har god holdbarhet og effektivitet, men også kan forbedre akselerasjonen til motoren. Denne designen har blitt kommersialisert med suksess på Mitsubishi Lancer Evolution-serien.
6. Eksosanlegg og lyddemper
Titan brukes mye i bileksossystemer. Eksossystemer laget av titan og dets legeringer kan ikke bare forbedre påliteligheten, forlenge levetiden og forbedre utseendet, men også redusere massen og forbedre drivstoffforbrenningseffektiviteten. Sammenlignet med eksosanlegg i stål, kan eksosanlegg av titan redusere massen med omtrent 40 %. I biler i Golf-serien kan massen til eksosanlegget i titan reduseres med 7 til 9 kg. For tiden er titanmaterialet som brukes i eksossystemet hovedsakelig industriell rent titan.
Titanlyddemperen veier bare 5 til 6 kg, noe som er lettere enn rustfritt stål og andre lyddempere. 2000 Chevrolet Corvette Z06 bruker en 11,8 kg titan lyddemper og eksosrørsystem i stedet for det originale 20 kg rustfritt stål systemet, noe som reduserer massen med 41 %. Det utskiftede systemet beholder sin styrke og gjør bilen raskere, mer fleksibel og mer drivstoffeffektiv. Titanmaterialet som brukes i lyddemperen er også hovedsakelig industriell rent titan.
7. Kroppsrammedel
For å forbedre sikkerheten og påliteligheten til biler, er det nødvendig å vurdere design- og produksjonsaspektene, spesielt produksjonsmaterialene. Titan er et veldig godt materiale som brukes til å lage bilkarosserier. Den har ikke bare høy spesifikk styrke, men har også god seighet. I Japan velger bilprodusenter rene titansveisede rør for å lage karosserirammer. Denne typen ramme kan få sjåfører til å føle seg trygge når de kjører.
8. Andre titanlegeringsdeler
I tillegg til de ovennevnte komponentene, brukes titan også i motorvippearmer, opphengsfjærer, motorstempelstifter, bilfestemidler, hjulmuttere, utstikkende bjelker til bildører, bilgirbraketter, bremsekaliperstempler, pinnebolter, trykk Bildeler som f.eks. plater, girknapper og bilclutchskiver.

1.Fordeler

Titanlegeringer har fordelene med lav vekt, høy spesifikk styrke og god korrosjonsbestandighet, så de er mye brukt i bilindustrien. Den vanligste bruken av titanlegeringer er i bilmotorsystemer. Det er mange fordeler med å bruke titanlegeringer for å produsere motordeler, hovedsakelig i:
1) Den lave tettheten til titanlegering kan redusere treghetsmassen til bevegelige deler. Samtidig kan ventilfjærer av titan øke fri vibrasjon, svekke vibrasjonen i bilkroppen og øke motorhastigheten og utgangseffekten.
2) Reduser treghetsmassen til bevegelige deler, og reduserer dermed friksjonen og forbedrer motorens drivstoffeffektivitet.
3) Å velge titanlegering kan redusere belastningen på relaterte deler og redusere størrelsen på deler, og dermed redusere vekten på motoren og hele kjøretøyet.
4) Reduksjonen av treghetsmassen til komponenter reduserer vibrasjoner og støy og forbedrer motorytelsen.
Bruken av titanlegeringer i andre komponenter kan forbedre personellkomforten og estetikken til biler. I applikasjoner i bilindustrien har titanlegeringer spilt en umåtelig rolle i energisparing og forbruksreduksjon.
2. Søknadsbegrensninger
Selv om titanlegeringsdeler har så overlegne egenskaper, er det fortsatt en lang vei å gå før titan og dets legeringer er mye brukt i bilindustrien. Årsakene inkluderer høy pris, dårlig formbarhet og dårlig sveiseytelse.
Med utviklingen av titanlegering nær netto formteknologi og moderne sveiseteknologier som elektronstrålesveising, plasmabuesveising og lasersveising de siste årene, er formings- og sveiseproblemene til titanlegeringer ikke lenger nøkkelfaktorene som begrenser bruken av titan. legeringer. Hovedårsaken til at det er mye brukt i bilindustrien er de høye kostnadene.
Enten det er den første smeltingen av metallet eller påfølgende prosessering, er prisen på titanlegeringer mye høyere enn for andre metaller. Kostnaden for titandeler som bilindustrien kan akseptere er 8 til 13 amerikanske dollar/kg for koblingsstenger, 13 til 20 amerikanske dollar for ventiler og 8 for fjærer, motoreksossystemer og festemidler. Under USD/kg. Den nåværende kostnaden for deler produsert med titanmaterialer er mye høyere enn disse prisene. Produksjonskostnaden for titanplater er stort sett høyere enn 33 amerikanske dollar/kg, som er 6 til 15 ganger den for aluminiumsplater og 45 til 83 ganger den for stålplater.