Κράμα τιτανίου Astm B265 Gr2 σε εφαρμογές κατασκευής ελαφριών αυτοκινήτων
Το τιτάνιο και τα κράματα τιτανίου χαρακτηρίζονται από χαμηλή πυκνότητα, εξαιρετικές μηχανικές ιδιότητες, καλή βιοσυμβατότητα, αντοχή στη διάβρωση, αντοχή σε υψηλή θερμοκρασία, ανθεκτικότητα σε χαμηλή θερμοκρασία κ.λπ., και έχουν χρησιμοποιηθεί ευρέως στον τομέα της αυτοκινητοβιομηχανίας. Η πυκνότητα του κράματος τιτανίου είναι μόνο το 60% του χάλυβα και η αντοχή μπορεί να φτάσει περισσότερα από 800 MPa, στους 500 βαθμούς περίπου εξακολουθεί να διατηρεί καλές μηχανικές ιδιότητες και η απόδοση συγκόλλησης και χύτευσης είναι καλύτερη, πριν από περισσότερα από 20 χρόνια έχει χρησιμοποιηθεί στην κατασκευή των αγωνιστικών αυτοκινήτων, μειώνοντας σημαντικά την ποιότητα του κινητήρα του αγωνιστικού αυτοκινήτου, βελτιώνοντας ταυτόχρονα την απόδοση του κινητήρα.
Επί του παρόντος, τα μέρη από κράμα τιτανίου που χρησιμοποιούνται στην κατασκευή αυτοκινήτων διανέμονται κυρίως στο σύστημα εξάτμισης αυτοκινήτων, στο σύστημα κινητήρα, στο σύστημα μετάδοσης και απόσβεσης κραδασμών και στα μέρη του πλαισίου του αμαξώματος.
1. Σύστημα εξάτμισης
Τα υλικά του συστήματος εξάτμισης αυτοκινήτων απαιτείται να έχουν καλές μηχανικές ιδιότητες υψηλής θερμοκρασίας και αντοχή στη διάβρωση σε στοιχεία S, Cl. Παραδοσιακά, τα εξαρτήματα της εξάτμισης κατασκευάζονται από ανοξείδωτο χάλυβα, αλλά τα κράματα τιτανίου έχουν βρεθεί ότι είναι πιο κατάλληλα όσον αφορά την απόδοση.
Ο σωλήνας επιστροφής τιτανίου που χρησιμοποιείται στο νέο αυτοκίνητο Chevrolet Corvette Z206 αποφεύγει αποτελεσματικά τα προβλήματα διάβρωσης με τρυπήματα και συγκόλληση που εμφανίζονται σε σωλήνες από ανοξείδωτο χάλυβα και ταυτόχρονα βελτιώνει την απόδοση καύσης καυσίμου και την επιτάχυνση και μειώνει την απόσταση πέδησης.
Η Timet, ο μεγαλύτερος κατασκευαστής τιτανίου στις ΗΠΑ, έχει δεσμευτεί για την έρευνα και την ανάπτυξη και την κατασκευή συστημάτων εξάτμισης από κράμα τιτανίου, ορισμένες ιαπωνικές εταιρείες έχουν επίσης πραγματοποιήσει σχετικές εργασίες έρευνας και ανάπτυξης και επί του παρόντος, η Fuji Heavy Industries Co. , Ltd. έχει παραγάγει περιορισμένο αριθμό 440 σετ σωλήνων εξάτμισης από κράμα τιτανίου για αυτοκίνητα.
2. Σύστημα κινητήρα
Το σύστημα κινητήρα αυτοκινήτου είναι τα πιο χρησιμοποιούμενα εξαρτήματα από κράμα τιτανίου στον τομέα του αυτοκινήτου, το κράμα τιτανίου στο σύστημα κινητήρα χρησιμοποιείται κυρίως σε βαλβίδες, μπιέλες, στροφαλοφόρους άξονες, έδρες βαλβίδων και άλλα μέρη.
Η ιαπωνική Honda Motor Company χρησιμοποίησε σφυρηλατημένες μπιέλες τιτανίου στον αγωνιστικό κινητήρα NSX V-6. Η Mitsubishi Motors Corporation κατασκεύασε τετρακύλινδρο κινητήρα υψηλής χωρητικότητας με ελατήριο βαλβίδας τιτανίου, ενώ τα αυτοκίνητα Porsche χρησιμοποιούν επίσης μπιέλες τιτανίου.
(1) Βαλβίδες
Οι βαλβίδες από κράμα τιτανίου, οι Ηνωμένες Πολιτείες και η Ιαπωνία έχουν πραγματοποιήσει πολλή ερευνητική εργασία, οι Ηνωμένες Πολιτείες είναι πλέον κοινή χρήση των βαλβίδων εισαγωγής παραγωγής κράματος Ti{-6Al-4V, η χρήση του Ti{{ 2}}Al-2Sn-4Zr-2Βαλβίδες εξαγωγής κατασκευής κράματος Mo. και η Toyota Japan είναι η χρήση του κράματος Ti-6Al-4V/Ti B προετοιμασία των βαλβίδων εισαγωγής, η χρήση του κράματος Ti-Al-Zr-Sn-Mo-Nb- Si/Ti B για προετοιμάστε τις βαλβίδες εξαγωγής. Αυτοί οι τύποι κραμάτων τιτανίου έχουν καλύτερες μηχανικές ιδιότητες σε υψηλές θερμοκρασίες, αντίσταση οξείδωσης και ερπυσμού, βελτιώνοντας αποτελεσματικά την απόδοση του κινητήρα και αυξάνοντας την ταχύτητα του αυτοκινήτου.
(2) Έδρα βαλβίδας
Το κάθισμα βαλβίδας από κράμα τιτανίου έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως σε αγωνιστικά αυτοκίνητα και σπορ αυτοκίνητα, η ετήσια παραγωγή περισσότερων από 250,000 σετ, κυρίως χρησιμοποιώντας Ti-6Al-4V ή Ti{{4 }}Al-2Cr-1Η προετοιμασία του κράματος Fe, λόγω του σχήματος της έδρας της βαλβίδας είναι σχετικά απλή, επομένως οι απαιτήσεις κατεργασίας δεν είναι υψηλές και δεν χρειάζονται ειδική επιφανειακή επεξεργασία, το κόστος είναι φθηνότερο, και στο αυτοκίνητο το αποτέλεσμα μείωσης βάρους είναι προφανές.
(3) Μπίζα
Η χρήση μπιέλες τιτανίου μπορεί να μειώσει αποτελεσματικά την ποιότητα του κινητήρα και να βελτιώσει την απόδοση του αυτοκινήτου. Προς το παρόν, το κύριο υλικό προετοιμασίας είναι το κράμα Ti-6Al-4V. Ltd. αναπτύσσει επί του παρόντος ένα διφασικό κράμα τιτανίου, Ti-3Al-2V-0.5V.
Ti-3Al-2V-0.2Si-0.47Ce-0.27La, το κράμα έχει καλή μηχανική ικανότητα, μηχανικές ιδιότητες, ιδιότητες κόπωσης και αντοχή στη διάβρωση είναι επίσης εξαιρετικό, αναμένεται να χρησιμοποιηθεί στην επιτάχυνση του κινητήρα, στην επιβράδυνση των εξαρτημάτων της μπιέλας.
(4) Στροφαλοφόρος άξονας
Ο στροφαλοφόρος άξονας από κράμα τιτανίου δεν χρησιμοποιείται ευρέως επί του παρόντος, αλλά το ειδικά αναπτυγμένο κράμα Ti-3Al-2.5V της Ιαπωνίας έχει επαληθευτεί στο αγωνιστικό αυτοκίνητο Honda παραπάνω, για την αποτελεσματική μείωση της ποιότητας ταυτόχρονα, οι στροφές του κινητήρα αυξήθηκαν κατά 700 r/min, αποδεικνύοντας την υπεροχή του στροφαλοφόρου άξονα από κράμα τιτανίου. Ταυτόχρονα, η Ιαπωνία βρίσκεται στη δοκιμαστική παραγωγή του στροφαλοφόρου άξονα από κράμα Ti-5Al-2Cr-Fe, αναμένετε ότι το κράμα τιτανίου στα εξαρτήματα του στροφαλοφόρου άξονα θα χρησιμοποιείται ευρύτερα.
3. Συστήματα απόσβεσης
Το βασικό στοιχείο του συστήματος ανάρτησης απόσβεσης κραδασμών αυτοκινήτου είναι το ελατήριο ανάρτησης. Το κράμα τιτανίου έχει υψηλότερη ειδική αντοχή, χαμηλότερο συντελεστή διάτμησης και υψηλότερη αντοχή σε κόπωση από τον γενικό χάλυβα για ελατήρια αυτοκινήτων, γεγονός που το καθιστά πιο κατάλληλο για την κατασκευή ελατηρίων απόσβεσης κραδασμών αυτοκινήτου. Δεδομένου ότι η εκτροπή του ελατηρίου και ο αριθμός των πηνίων είναι ανάλογα μεταξύ τους και ο συντελεστής διάτμησης του υλικού είναι αντιστρόφως ανάλογος μεταξύ τους, τα ελατήρια από κράμα τιτανίου απαιτούν λιγότερα πηνία από τα χαλύβδινα ελατήρια για να επιτύχουν την ίδια απόκριση ελατηρίου, γεγονός που μειώνει αποτελεσματικά την ποιότητα ελατηρίων και εξοικονομεί χώρο.
Ταυτόχρονα, τα ελατήρια από κράμα τιτανίου μπορούν επίσης να αυξήσουν αποτελεσματικά τη συχνότητα συντονισμού του ελατηρίου και να βελτιώσουν τη διάρκεια ζωής του. Προς το παρόν, τα περισσότερα ελατήρια από κράμα τιτανίου παρασκευάζονται με μονοφασικό κράμα τιτανίου. Γερμανία Η Volkswagen έχει χρησιμοποιήσει ελατήρια τιτανίου Lupo FSI σε ορισμένα από τα αυτοκίνητά της, με χρήση περίπου 3.500 αυτοκινήτων.
4. Πλαίσιο σώματος
Για τα εξαρτήματα του πλαισίου του αμαξώματος, η υψηλή ειδική αντοχή, η χαμηλή πυκνότητα και η καλή αντοχή στη διάβρωση του κράματος τιτανίου υποδεικνύουν ότι είναι ένα καλό υλικό για την προετοιμασία σκελετών αμαξώματος. Επί του παρόντος, ορισμένες αυτοκινητοβιομηχανίες χρησιμοποιούν κράματα τιτανίου για εξαρτήματα όπως βραχίονες ταχυτήτων και έμβολα δαγκάνας φρένων. Εξαρτήματα μετάδοσης, η Ιαπωνία αναπτύσσει επί του παρόντος μια μέθοδο χύτευσης υψηλής περιστροφής για την προετοιμασία της διαδικασίας κελύφους από κράμα τιτανίου, σε σύγκριση με το κέλυφος χάλυβα, το κέλυφος από κράμα τιτανίου μειώνει καλύτερα τον αντίκτυπο του σφονδύλου, καλύτερο αποτέλεσμα απορρόφησης κραδασμών.
Επιπλέον, το κράμα τιτανίου χρησιμοποιείται επίσης σε συνδετήρες αυτοκινήτων και άλλα εξαρτήματα, με τη συνεχή ανάπτυξη της διαδικασίας προετοιμασίας κράματος τιτανίου και την αυτοκινητοβιομηχανία, το κράμα τιτανίου θα χρησιμοποιηθεί σε εξαρτήματα και εξαρτήματα αυτοκινήτων.
5. Η σημασία του κράματος τιτανίου για το ελαφρύ βάρος αυτοκινήτου
Ξένα ερευνητικά ινστιτούτα έχουν διαπιστώσει ότι όταν η συνολική ποιότητα του αυτοκινήτου μειώνεται κατά 10%, η κατανάλωση καυσίμου μπορεί να μειωθεί κατά 6%~8%. Υπάρχουν επίσης μελέτες που δείχνουν ότι για κάθε 91 κιλά μείωσης βάρους σε ένα αυτοκίνητο, το μέσο καύσιμο ανά λίτρο μπορεί να οδηγηθεί 0,43 χλμ παραπάνω. Ως εκ τούτου, με τη συνεχή ανάπτυξη της οικονομίας της Κίνας και τον αυξανόμενο αριθμό ιδιοκτησίας αυτοκινήτων, το ελαφρύ βάρος αυτοκινήτου έχει γίνει ένας από τους πιο σημαντικούς τρόπους μείωσης της κατανάλωσης ενέργειας και της ατμοσφαιρικής ρύπανσης.
Τα υλικά τιτανίου και κραμάτων τιτανίου έχουν χρησιμοποιηθεί σε μεγάλο αριθμό ανταλλακτικών αυτοκινήτων λόγω των εξαιρετικών φυσικών και χημικών ιδιοτήτων τους. Η χρήση υλικών τιτανίου όχι μόνο βελτιώνει αποτελεσματικά την απόδοση του αυτοκινήτου και τον συντελεστή ασφάλειας, αλλά παίζει επίσης σημαντικό ρόλο στο ελαφρύ βάρος του αυτοκινήτου, μειώνοντας αποτελεσματικά τη συνολική μάζα του αυτοκινήτου, μειώνοντας την κατανάλωση καυσίμου.
Σύστημα εξάτμισης αυτοκινήτου που χρησιμοποιεί σωλήνα εξάτμισης τιτανίου - συγκρότημα σωλήνα επιστροφής σε σύγκριση με το παραδοσιακό σύστημα από ανοξείδωτο χάλυβα, μπορεί να είναι περίπου 8,2 κιλά μείωση βάρους και τα μέρη του κινητήρα στη βαλβίδα, τη μπιέλα και άλλα εξαρτήματα χρησιμοποιούν προϊόντα από κράμα τιτανίου αντί του παραδοσιακού χάλυβα και χυτοσίδηρου υλικά μπορούν να μειώσουν αποτελεσματικά την ποιότητα του κινητήρα.
Σύμφωνα με την έρευνα της ιαπωνικής αυτοκινητοβιομηχανίας, η βαλβίδα ισχύος αυτοκινήτου χρησιμοποιεί περίπου 0,8 κιλά εξαρτημάτων τιτανίου που ισοδυναμούν με 20 κιλά χαλύβδινων εξαρτημάτων για να επιτευχθεί το αποτέλεσμα. Κάθε έδρα βαλβίδας τιτανίου σε σύγκριση με την έδρα βαλβίδας από χάλυβα μπορεί να μειώσει την ποιότητα περίπου 10 g. μπιέλα και στροφαλοφόρος άξονας που χρησιμοποιούνται σε κράμα τιτανίου, τα πιο αποτελεσματικά για τη μείωση της ποιότητας του κινητήρα.
Πάνω από το σύστημα απόσβεσης, κάθε ελατήριο από κράμα τιτανίου μπορεί να μειώσει την ποιότητα των χαλύβδινων ελατηρίων κατά περισσότερο από 60%, 4 ελατήρια ανάρτησης ανά υπολογισμό οχήματος, μετά την αντικατάσταση των ελατηρίων από κράμα τιτανίου, κάθε όχημα μπορεί να μειώσει το βάρος κατά 9~13,6 kg. Επιπλέον, η ποιότητα του σιγαστήρα από κράμα τιτανίου είναι μόνο 5~6 kg, που είναι 40% ελαφρύτερο από αυτόν του σιγαστήρα από ανοξείδωτο χάλυβα.
Πάρτε για παράδειγμα ένα συνηθισμένο σεντάν μεσαίου μεγέθους, εάν τα υπάρχοντα ανταλλακτικά αυτοκινήτων από κράμα τιτανίου αντικαταστήσουν τα παραδοσιακά ανταλλακτικά, η συνολική ποιότητα του αυτοκινήτου θα είναι περίπου 1500 κιλά από την αρχική μείωση βάρους σε περίπου 1000 κιλά, ο ρυθμός απώλειας βάρους έως και 30%. η συνολική κατανάλωση καυσίμου μπορεί να μειωθεί κατά περισσότερο από 20%, γεγονός που θα μειώσει σημαντικά την παγκόσμια κατανάλωση καυσίμου και θα μετριάσει αποτελεσματικά το πρόβλημα της λειψυδρίας και της περιβαλλοντικής ρύπανσης.
Τα παραπάνω δεδομένα δείχνουν ότι η χρήση του κράματος τιτανίου στο ελαφρύ αποτέλεσμα αυτοκινήτου είναι προφανής, στη σύγχρονη αυτοκινητοβιομηχανία, θα πρέπει να συνεχίσει να αναπτύσσει τιτάνιο και κράμα τιτανίου στην εφαρμογή τεχνολογίας εξαρτημάτων και εξαρτημάτων αυτοκινήτων, για να αυξήσει το ποσοστό του κράματος τιτανίου στο εφαρμογή αυτοκινήτων.
Προς το παρόν, η εφαρμογή του κράματος τιτανίου στην αυτοκινητοβιομηχανία της Κίνας βρίσκεται ακόμη μόνο σε δοκιμαστικό στάδιο. Το κύριο πρόβλημα είναι ότι το κόστος του υλικού από κράμα τιτανίου είναι πολύ υψηλό και τα εξαρτήματα δεν είναι εύκολο να επεξεργαστούν.
Ως εκ τούτου, το κύριο καθήκον στο μέλλον θα πρέπει να είναι η μείωση της τιμής των εξαρτημάτων από κράμα τιτανίου μέσω της ανάπτυξης φθηνών υλικών από κράμα τιτανίου, η μείωση του κόστους παραγωγής πρώτων υλών από κράμα τιτανίου κ.λπ. και η βελτίωση της απόδοσης επεξεργασίας των εξαρτημάτων από κράμα τιτανίου με βελτίωση της τεχνολογίας επεξεργασίας.
