Примене титанијума у ​​аутомобилској индустрији

Иако су легуре титанијума нашле широку примену у ваздухопловној, петрохемијској и бродоградњи, њихова примена у аутомобилској индустрији се полако развијала. Почевши од успешног развоја првог потпуно титанијумског аутомобила од стране Генерал Моторса у Сједињеним Државама 1956. године, титанијумски ауто делови нису достигли ниво масовне производње све до 1980-их. Током 1990-их, како се потражња за луксузним аутомобилима, спортским аутомобилима и тркачким аутомобилима повећавала из године у годину, произведени делови од титанијума су се брзо развијали. Године 1990. количина титанијума коришћеног у аутомобилима широм света била је само 50т. Године 1997. достигао је 500т. 2002. достигла је 1.100т. У 2009. достигао је 3,000т. Очекује се да ће количина титанијума који се користи у аутомобилима широм света премашити 5,000т у 2015. Тренутно се најчешће користе следеће врсте делова од легура титанијума.

1. Клипњача мотора
Легура титанијума је идеалан материјал за клипњаче. Клипњаче мотора направљене од легуре титанијума могу ефикасно смањити масу мотора, побољшати ефикасност горива и смањити запремину издувних гасова. У поређењу са челичним клипњачама, титанијумске клипњаче могу смањити масу за 15% до 20%. Примена клипњача од легуре титанијума се први пут одразила у новом италијанском Феррари лимузини 3.5ЛВ8 и Ацурином НСКС мотору. Главни материјали који се користе за клипњаче од легуре титанијума су Ти-6Ал-4В, Ти-10В-2Фе-3Ал, Ти-3 Ал-2.0В и Ти-4Ал-4Мо-Сн-0.5Си. Други материјали од легура титанијума као што су Ти-4Ал Примена -2Си-4Мн и Ти-7М-4Мо у клипњачама је такође у развоју.
2. Вентил мотора
Вентили за аутомобилске моторе направљени од легуре титанијума могу не само да смање масу и продуже радни век, већ и да смање потрошњу горива и побољшају поузданост возила. У поређењу са челичним вентилима, титанијумски вентили могу смањити масу за 30% до 40%, а гранична брзина мотора може се повећати за 20%. Што се тиче тренутних примена, материјал усисног вентила је углавном Ти-6Ал-4В, а материјал издувног вентила је углавном Ти-6242С. Обично се Сн и Ал додају заједно да би се добила мања ломљивост и већа чврстоћа; Додатак Мо може побољшати својства топлотне обраде легура титанијума, побољшати снагу гашења и старења легура титанијума и повећати тврдоћу. Остале легуре титанијума са развојним потенцијалом укључују:
1) Усисни вентил може бити направљен од Ти-62С, који има својства еквивалентна Ти-6Ал-4В и јефтинији је.
2) Издувни вентил може бити направљен од Ти-6Ал-2Сн-4.0Зр-0.4-Мо{{7} }.45Си. Због нижег садржаја Мо, његова отпорност на пузање је боља од Ти-6242С, а отпорност на оксидацију може да достигне 600 степени. .
3) Издувни вентил може бити направљен од -ТиАл, који има карактеристике отпорности на високе температуре и мале тежине, али није погодан за традиционалне методе ковања током обраде. Погодан је само за ливење и обраду металургије праха.
3. Седиште опруге вентила
Висока чврстоћа и отпорност на замор су неопходне особине за седиште опруге вентила. Бета легура титанијума је термички обрађена легура која може да добије високу чврстоћу кроз третман старења у чврстом раствору. Одговарајући прикладнији материјали су Ти-15В-3Цр- 3Ал-3Сн и Ти-15Мо-3Ал-2 .7Нб-0.2Си. Митсубисхи Моторс користи Ти-22В-4Ал опруге вентила од легуре титанијума у ​​својим великим производним возилима, што смањује масу за 42% у поређењу са оригиналним челичним бравама, смањује инерцијалну масу вентила механизам за 6%, и повећава максималну брзину мотора. 300р/мин.
4. Опруга од легуре титанијума
Титан и његове легуре имају нижи модул еластичности и већу вредност σс/Е од челичних материјала, што их чини погодним за производњу еластичних компоненти. У поређењу са челичним аутомобилским опругама, под претпоставком истог еластичног рада, висина титанијумских опруга је само 40% челичних опруга, а маса је само 30% до 40% челичних опруга, што олакшава дизајн каросерије аутомобила. Поред тога, одлична својства замора и отпорност на корозију легуре титанијума могу продужити век трајања опруге. Тренутно, материјали од легура титанијума који се могу користити за израду аутомобилских опруга укључују Ти-4.5Фе6.8Мо-1.5Ал и Ти-13В11Ц-3Ал.
5. Турбопуњач
Турбо пуњачи могу побољшати ефикасност сагоревања мотора и повећати снагу и обртни момент мотора. Турбински ротор турбопуњача треба дуго времена да ради у високотемпературним издувним гасовима изнад 850 степени, тако да је потребна добра отпорност на топлоту. Традиционални лаки метали као што су легуре алуминијума се не могу користити због ниских тачака топљења. Иако се керамички материјали користе у роторима турбина због њихове мале тежине и добре отпорности на високе температуре, њихова примена је ограничена због њихове високе цене и немогућности да се оптимизује њихов облик. Да би решили ове проблеме, Тетсуи и други су развили ротор ТиАл турбине. После многих тестова, потврђено је да не само да има добру издржљивост и ефикасност, већ може да побољша и убрзање мотора. Овај дизајн је успешно комерцијализован у серији Митсубисхи Ланцер Еволутион.
6. Издувни систем и пригушивач
Титанијум се широко користи у аутомобилским издувним системима. Издувни системи од титанијума и његових легура не само да могу побољшати поузданост, продужити животни век и побољшати изглед, већ и смањити масу и побољшати ефикасност сагоревања горива. У поређењу са челичним издувним системима, титанијумски издувни системи могу смањити масу за приближно 40%. У аутомобилима серије Голф, маса издувног система од титанијума може се смањити за 7 до 9 кг. Тренутно, материјал од титанијума који се користи у издувном систему је углавном индустријски чисти титанијум.
Титанијумски пригушивач је тежак само 5 до 6 кг, што је лакше од нерђајућег челика и других пригушивача. Цхевролет Цорветте З06 из 2000. користи пригушивач од титанијума и систем издувних цеви од 11,8 кг уместо оригиналног система од нерђајућег челика од 20 кг, смањујући масу за 41%. Замењени систем одржава своју снагу и чини аутомобил бржим, флексибилнијим и економичнијим. Материјал од титанијума који се користи у пригушивачу је такође углавном индустријски чисти титанијум.
7. Део оквира каросерије
Да би се побољшала безбедност и поузданост аутомобила, неопходно је размотрити аспекте дизајна и производње, посебно материјале за производњу. Титанијум је веома добар материјал који се користи за израду оквира каросерије аутомобила. Не само да има високу специфичну снагу, већ има и добру жилавост. У Јапану, произвођачи аутомобила бирају заварене цеви од чистог титанијума за израду оквира каросерије. Ова врста оквира може учинити да се возачи осећају безбедно током вожње.
8. Остали делови од легуре титанијума
Поред наведених компоненти, титан се такође користи у клацкалицама мотора, опругама вешања, клиповима мотора, аутомобилским причвршћивачима, наврткама, гредама за аутомобилска врата, носачима аутомобилских зупчаника, клиповима кочионих чељусти, завртњима за клинове, аутомобилским деловима као што су плочице, дугмад за мењање и аутомобилски дискови квачила.

1.Предности

Титанијумске легуре имају предности мале тежине, високе специфичне чврстоће и добре отпорности на корозију, тако да се широко користе у аутомобилској индустрији. Најчешћа употреба легура титанијума је у системима мотора аутомобила. Постоје многе предности коришћења легура титанијума за производњу делова мотора, углавном у:
1) Мала густина легуре титанијума може смањити инерцијску масу покретних делова. Истовремено, опруге вентила од титанијума могу повећати слободне вибрације, ослабити вибрације каросерије аутомобила и повећати брзину мотора и излазну снагу.
2) Смањите инерцијску масу покретних делова, чиме се смањује трење и побољшава ефикасност горива мотора.
3) Одабир легуре титанијума може смањити оптерећење повезаних делова и смањити величину делова, чиме се смањује тежина мотора и целог возила.
4) Смањење инерционе масе компоненти смањује вибрације и буку и побољшава перформансе мотора.
Примена легура титанијума у ​​другим компонентама може побољшати удобност особља и естетику аутомобила. У примени у аутомобилској индустрији, легуре титанијума су одиграле немерљиву улогу у уштеди енергије и смањењу потрошње.
2. Ограничења примене
Иако делови од легура титанијума имају тако супериорна својства, још увек је дуг пут пре него што се титан и његове легуре широко користе у аутомобилској индустрији. Разлози укључују високу цену, лошу формабилност и лоше перформансе заваривања.
Са развојем технологије легура титанијума у ​​облику мреже и савремених технологија заваривања као што су заваривање електронским снопом, заваривање плазма луком и ласерско заваривање последњих година, проблеми формирања и заваривања легура титанијума више нису кључни фактори који ограничавају примену титанијума. легуре. Главни разлог зашто се широко користи у аутомобилској индустрији је висока цена.
Било да је у питању почетно топљење метала или накнадна обрада, цена легура титанијума је много већа од цене других метала. Цена делова од титанијума које аутомобилска индустрија може да прихвати је 8 до 13 америчких долара/кг за клипњаче, 13 до 20 америчких долара за вентиле и 8 за опруге, издувне системе мотора и причвршћиваче. Испод УСД/кг. Тренутна цена делова произведених од титанијумских материјала је много већа од ових цена. Цена производње титанијумских плоча је углавном већа од 33 америчка долара/кг, што је 6 до 15 пута више од алуминијумских плоча и 45 до 83 пута више од челичних плоча.