Застосування титанового сплаву у легкому автомобільному виробництві

Титан і титанові сплави мають характеристики низької щільності, відмінні механічні властивості, хорошу біосумісність, стійкість до корозії, стійкість до високих температур і хорошу в'язкість при низьких температурах. В даний час вони широко використовуються у виробництві автомобілів. Щільність титанового сплаву становить лише 60% від сталевої, а міцність може досягати більше 800 МПа. Він все ще зберігає хороші механічні властивості приблизно при 500 ° C, а його зварювальні та формувальні властивості хороші. Він використовувався у виробництві гоночних автомобілів більше 20 років тому. Значно знижують якість гоночного двигуна, одночасно покращуючи характеристики двигуна.

В даний час компоненти титанового сплаву, що використовуються у виробництві автомобілів, в основному поширюються в автомобільних вихлопних системах, системах двигунів, системах передачі та зменшення вібрації та деталях рами автомобіля.

1. Випускна система

Матеріали вихлопної системи автомобіля повинні мати хороші високотемпературні механічні властивості та стійкість до корозії елементів S і Cl. Традиційні компоненти випускного клапана виготовляються з нержавіючої сталі, проте було встановлено, що титанові сплави більш придатні для матеріалів випускних клапанів з точки зору експлуатаційних характеристик.

Титанова повертаюча труба, що використовується в новому автомобілі Chevrolet Corvette Z206, ефективно уникає корозійної корозії та корозії зварних швів на трубі з нержавіючої сталі, одночасно покращуючи ефективність згоряння палива та здатність до прискорення, а також скорочуючи гальмівний шлях.

Timet, найбільший виробник титану в Сполучених Штатах, займається дослідженнями і розробкою та виробництвом вихлопних систем з титанового сплаву, і багато японських компаній також проводили відповідні науково-дослідні роботи. В даний час компанія Fuji Heavy Industries Co., Ltd. випустила обмежену кількість 440 комплектів вихлопних систем автомобілів зі сплаву титану. трахеї.

2. Система двигуна

Система автомобільних двигунів є найбільш часто використовуваною частиною титанового сплаву в автомобільній галузі. Застосування титанового сплаву в системі двигуна в основному включає клапан, шатун, колінвал, сідло клапана та інші деталі.

Японська' Honda Motor Company використовує ковані титанові шатуни в гоночному двигуні V-6 NSX; Mitsubishi Motors використовує титанові пружинні сидіння у чотирициліндрових двигунах з великою ємністю, а в автомобілях Porsche використовуються титанові шатуни.

(1) Клапан

Що стосується клапанів з титанових сплавів, то Сполучені Штати та Японія провели багато дослідницьких робіт. В даний час Сполучені Штати зазвичай використовують сплав Ti-6Al-4V для виготовлення впускних клапанів, а сплав Ti-6Al-2Sn-4Zr-2M o - для виготовлення випускних клапанів; тоді як у Японії Toyota використовує сплав Ti-6Al-4V / Ti B для впускного клапана та сплав Ti-Al-Zr-Sn-Mo-Nb-Si / Ti B для випускного клапана. Усі ці типи титанових сплавів мають хороші високотемпературні механічні властивості, стійкість до окислення та опору повзучості, що ефективно покращує експлуатаційні характеристики двигуна та пришвидшує транспортні засоби.

(2) Сидіння клапана

Титанові сплавні клапанні сидіння широко використовуються в гоночних та спортивних автомобілях. Щороку виробляється понад 250 000 комплектів. В основному вони виготовляються зі сплаву Ti-6Al-4V або Ti-5Al-2Cr-1Fe. Оскільки форма сідла клапана порівняно проста, вона використовується в обробці вимоги не високі, і не потрібна спеціальна обробка поверхні, вартість порівняно дешева, і ефект очевидний при зменшенні ваги автомобіля.

(3) Шатун

Використання шатунів із титанового сплаву може ефективно знизити якість двигуна та покращити експлуатаційні характеристики автомобіля. В даний час основним підготовчим матеріалом є сплав Ti-6Al-4V. Японія Daido Co., Ltd. в даний час розробляє двофазний титановий сплав Ti-3Al-2V-0.2Si-0.47Ce-0.27La, який має гарну оброблюваність та чудові механічні властивості, втомні властивості та стійкість до корозії. , Очікується, що він буде використовуватися в шатунних частинах двигуна, які швидко розганяються і сповільнюються.

(4) Колінчастий вал

Хоча колінчасті вали з титанового сплаву в даний час не використовуються широко, сплав Ti-3Al-2.5V, спеціально розроблений Японією, був перевірений на гоночних автомобілях Honda. Ефективно знижуючи якість, частота обертання двигуна була збільшена на 700 об / хв, що доводить, що титан має перевагу з колінчастого валу із сплаву. У той же час Японія випускає корінні вали зі сплаву Ti-5Al-2Cr-Fe, і очікується, що титанові сплави будуть ширше застосовуватися в компонентах колінчастого вала.

3. Система демпфування

Основним компонентом автомобільної амортизаційної системи є підвіска. Порівняно із загальною автомобільною пружинною сталлю, титановий сплав має вищу питому міцність і нижчий модуль зсуву, а також вищу втомну міцність, що робить його більш придатним для виготовлення автомобільних демпфуючих пружин. Оскільки прогин пружини прямо пропорційний кількості витків і обернено пропорційний модулю зсуву матеріалу, пружина титанового сплаву вимагає менше обертів, ніж сталева пружина, за умови досягнення тієї ж характеристики пружини, що ефективно зменшує весняна якість. , Економте простір.

У той же час пружина з титанового сплаву також може ефективно збільшити резонансну частоту пружини та збільшити термін її служби. В даний час більшість джерел титанових сплавів виготовлені з однофазного β-титанового сплаву. Німецька компанія Volkswagen використовувала в деяких автомобілях пружини з титанового сплаву Lupo FSI, кількість яких становить близько 3500.

4. Рамка кузова

Що стосується компонентів рами автомобіля, то вища питома міцність, менша щільність та хороша корозійна стійкість титанового сплаву свідчать про те, що він є хорошим матеріалом для підготовки рамок кузова автомобіля. В даний час деякі автомобільні компанії застосовували титанові сплави на таких деталях, як кронштейни шестерні та поршні гальмівного супорта. Серед компонентів трансмісії в даний час Японія розробляє високошвидкісний процес виготовлення кожухів із титанових сплавів. Порівняно зі сталевими кожухами, кожухи з титанових сплавів можуть краще зменшити вплив маховика та мати кращий амортизуючий ефект.

Крім того, титанові сплави також використовуються в автомобільних кріпленнях та інших комплектуючих. З постійним розвитком технології приготування титанових сплавів та автомобільної промисловості титанові сплави, безсумнівно, будуть ширше застосовуватися в автомобільних деталях.

5. Значення титанових сплавів для легкої ваги автомобілів

Іноземні дослідницькі установи підрахували і виявили, що коли якість обслуговування автомобіля&# 39 падає на 10%, споживання палива може бути зменшено на 6% - 8%. Дослідження також показали, що на кожен 91 кг схуднення можна проїхати в середньому 0,43 км на літр палива. Отже, з постійним розвитком економіки моєї країни' і постійним збільшенням кількості автомобілів, легка вага автомобілів стала одним із важливих способів зменшити споживання енергії та зменшити забруднення повітря.

Титан та титанові сплави в даний час широко використовуються в автозапчастинах завдяки їх чудовим фізико-хімічним властивостям. Використання титанових матеріалів не тільки ефективно покращує експлуатаційні характеристики та коефіцієнт безпеки автомобіля, але також відіграє важливу роль у легкій вазі автомобіля, ефективно знижуючи якість обслуговування автомобіля' .

Порівняно з традиційною системою з нержавіючої сталі, в автомобільній вихлопній системі використовується титановий випускний патрубок із зворотним патрубком, що може зменшити вагу приблизно на 8,2 кг. Використання виробів із титанових сплавів для заміни традиційних сталевих та чавунних матеріалів у деталях двигуна, таких як клапани та шатуни, може ефективно знизити якість двигуна.

Згідно з дослідженнями японської автомобільної промисловості, використання близько 0,8 кг титанового матеріалу для автомобільних силових клапанів еквівалентно ефекту 20 кг сталевих деталей; кожне титанове сідло клапана може зменшити вагу приблизно на 10 г порівняно із сталевим гніздом клапана; навіть штоки та колінчасті вали використовуються у титанових сплавах, які є найбільш ефективними для зменшення маси двигуна.

У системі гасіння вібрацій кожна пружина з титанового сплаву може зменшити масу більш ніж на 60% порівняно зі сталевими пружинами. На основі 4 пружин підвіски на транспортний засіб, після заміни на пружини з титанового сплаву кожен транспортний засіб може зменшити вагу на 9 ~ 13,6 кг. Крім того, маса глушника з титанового сплаву становить лише 5 ~ 6 кг, що на 40% легше, ніж глушник з нержавіючої сталі.

На прикладі звичайного середнього автомобіля, якщо існуючі автомобільні деталі з титанового сплаву використовуватимуться для заміни традиційних деталей, споряджена вага автомобіля' зменшиться з приблизно 1500 кг до приблизно 1000 кг, зменшення ваги норма може досягати 30%, а загальний витрата палива може бути зменшений на 20%. Вище це значно зменшить споживання палива у світі та ефективно полегшить проблеми дефіциту енергії та забруднення навколишнього середовища.

Наведені вище дані показують, що використання титанових сплавів має значний ефект у зменшенні ваги автомобілів. У сучасній автомобільній промисловості технологія застосування титану та титанових сплавів у автомобільних деталях повинна постійно розвиватися, щоб збільшити частку титанових сплавів у автомобілях.

В даний час застосування титанового сплаву в автомобільній промисловості моєї країни&№ 39 все ще перебуває на стадії випробування. Основна проблема полягає в тому, що вартість матеріалів з титанових сплавів занадто висока, а деталі важко обробляти.

Тому головним завданням у майбутньому має стати зниження ціни деталей з титанових сплавів шляхом розробки дешевих матеріалів із титанових сплавів, зниження собівартості виробництва сировини з титанових сплавів та підвищення ефективності обробки деталей із титанових сплавів за рахунок вдосконалення технології обробки.

Зарубіжний досвід показав, що лише поєднання дизайну та виробництва автомобілів та досліджень та розробок титанових сплавів може забезпечити більш якісні матеріали з титанових сплавів для автомобілів.

Вважається, що з постійним поглибленням досліджень і розробок титан і титанові сплави будуть відігравати все більш важливу роль у сучасній автомобільній промисловості моєї країни' і сприятимуть постійному розвитку автомобільної промисловості.

Ніколь