Τα τελευταία χρόνια, με την ταχεία ανάπτυξη της αυτοκινητοβιομηχανίας, τα προβλήματα της κατανάλωσης καυσίμου, της προστασίας του περιβάλλοντος και της ασφάλειας που δημιουργούνται από τα αυτοκίνητα γίνονται όλο και περισσότερο ανησυχητικά. Προσβλέποντας στη μελλοντική κατεύθυνση της αυτοκινητοβιομηχανίας, το ελαφρύ, η χαμηλή κατανάλωση καυσίμου και οι λιγότερες εκπομπές ρύπων είναι το θέμα της ανάπτυξης. Σύμφωνα με στατιστικά στοιχεία των διεθνών αρχών, το 60% της κατανάλωσης ενέργειας καύσης καυσίμου αυτοκινήτου με τη δική του ποιότητα, αν και ο τρέχων λεπτός χάλυβας υψηλής αντοχής, το αλουμίνιο, το μαγνήσιο, τα σύνθετα υλικά μεταλλικής μήτρας και τα υλικά πλαστικής ρητίνης στη μείωση του βάρους του αυτοκινήτου έχουν παίξει σημαντικό ρόλο. ρόλο, αλλά η εμφάνιση βιομηχανικών υλικών τιτανίου κάνει την αυτοκινητοβιομηχανία να έχει καλύτερη επιλογή.
Το μέταλλο τιτανίου έχει τα πλεονεκτήματα της χαμηλής πυκνότητας, της υψηλής ειδικής αντοχής και της καλής αντοχής στη διάβρωση, η χρήση υλικών τιτανίου στα αυτοκίνητα μπορεί να μειώσει σημαντικά την ποιότητα του αμαξώματος, να μειώσει την κατανάλωση καυσίμου, να βελτιώσει την απόδοση του κινητήρα, να βελτιώσει το περιβάλλον και να μειώσει τον θόρυβο. Αλλά η ακριβή τιμή, που κάνει το κράμα τιτανίου στην αυτοκινητοβιομηχανία μπορεί να είναι μόνο στα πολυτελή μοντέλα και τα σπορ αυτοκίνητα έχουν κάποιες εφαρμογές, στο συνηθισμένο αυτοκίνητο που χρησιμοποιείται σπάνια. Ως εκ τούτου, η έρευνα και η ανάπτυξη κράματος τιτανίου χαμηλού κόστους για την κάλυψη των αναγκών της αγοράς είναι το κλειδί για την προώθηση της εφαρμογής του σε συνηθισμένα οικογενειακά αυτοκίνητα.
Εφαρμογή κράματος τιτανίου στην αυτοκινητοβιομηχανία
Αν και το κράμα τιτανίου έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως στην αεροδιαστημική, την πετροχημική και τη ναυτική βιομηχανία, αλλά η εφαρμογή στην αυτοκινητοβιομηχανία αναπτύσσεται αργά. Από το 1956, η General Motors των Ηνωμένων Πολιτειών ανέπτυξε με επιτυχία το πρώτο αυτοκίνητο από τιτάνιο, ανταλλακτικά αυτοκινήτων τιτανίου μέχρι τη δεκαετία του 1980 για να φτάσει στο επίπεδο μαζικής παραγωγής, τη δεκαετία του 1990 με τα πολυτελή αυτοκίνητα, τα σπορ αυτοκίνητα, τα αγωνιστικά η ζήτηση αυξάνεται χρόνο με το χρόνο, τιτάνιο μέρη έχουν ταχεία ανάπτυξη. Το 1990, η ποσότητα τιτανίου στον κόσμο για αυτοκίνητα μόλις 50 τόνοι το 1997 έφτασε τους 500 τόνους το 2002 για να φτάσει τους 1100 τόνους το 2009, η ποσότητα τιτανίου στην αυτοκινητοβιομηχανία. Το 1990, η ποσότητα τιτανίου που χρησιμοποιήθηκε στα αυτοκίνητα παγκοσμίως ήταν μόνο 50 τόνοι, το 1997 έφτασε τους 500 τόνους, το 2002 έφτασε τους 1100 τόνους, το 2009 έφτασε τους 3000 τόνους και αναμένεται ότι η ποσότητα τιτανίου που χρησιμοποιείται στα αυτοκίνητα παγκοσμίως θα ξεπεράσει 5000 τόνοι το 2015.
1. Μπέλα κινητήρα
Το κράμα τιτανίου είναι η ιδανική επιλογή για υλικό μπιέλας. Οι μπιέλες κινητήρα από κράμα τιτανίου μπορούν να μειώσουν αποτελεσματικά την ποιότητα του κινητήρα, να βελτιώσουν τη χρήση καυσίμου και να μειώσουν τα καυσαέρια. Σε σύγκριση με τις μπιέλες από χάλυβα, οι μπιέλες τιτανίου μπορούν να μειώσουν τη μάζα κατά 15% σε 20%. Η εφαρμογή των μπιέλες τιτανίου πραγματοποιήθηκε για πρώτη φορά στους νέους κινητήρες Ferrari 3.5LV8 και Acura NSX στην Ιταλία. Τα υλικά που χρησιμοποιούνται στις μπιέλες από κράμα τιτανίου είναι κυρίως Ti-6Al-4V, Ti-10V-2Fe-3Al, Ti-3 Al-2.0V και Ti-4Al-4Mo-Sn-0.5Si, κ.λπ. Άλλα υλικά από κράμα τιτανίου, όπως Ti-4Al{{ Τα 19}}Si-4Mn και Ti-7M-4Mo, αναπτύσσονται επίσης για χρήση σε μπιέλες.
2.Βαλβίδα κινητήρα
Οι βαλβίδες κινητήρα αυτοκινήτων από κράμα τιτανίου μπορούν όχι μόνο να μειώσουν την ποιότητα και να παρατείνουν τη διάρκεια ζωής, αλλά και να μειώσουν την κατανάλωση καυσίμου και να βελτιώσουν την αξιοπιστία του αυτοκινήτου. Οι βαλβίδες τιτανίου σε σύγκριση με τις χαλύβδινες βαλβίδες, η ποιότητα μπορεί να μειωθεί κατά 30% έως 40%, η οριακή ταχύτητα του κινητήρα μπορεί να αυξηθεί κατά 20%. Όσον αφορά τις τρέχουσες εφαρμογές, το υλικό των βαλβίδων εισαγωγής είναι κυρίως Ti-6Al-4V και το υλικό των βαλβίδων εξαγωγής είναι κυρίως Ti-6242S. Συνήθως τα Sn και Al προστίθενται μαζί για να αποκτήσουν χαμηλότερη ευθραυστότητα και μεγαλύτερη αντοχή. Η προσθήκη Mo μπορεί να βελτιώσει τις ιδιότητες θερμικής επεξεργασίας των κραμάτων τιτανίου, να ενισχύσει την αντοχή των σβησμένων και παλαιωμένων κραμάτων τιτανίου και ταυτόχρονα να αυξήσει τη σκληρότητα. Άλλα κράματα τιτανίου με δυνατότητα ανάπτυξης είναι:
(1) Η βαλβίδα εισαγωγής μπορεί να χρησιμοποιηθεί Ti-62S, τα χαρακτηριστικά της είναι ισοδύναμα με Ti-6Al-4V και φθηνότερα.
(2) Η πόρτα εξάτμισης μπορεί να χρησιμοποιηθεί Ti-6Al-2Sn-4.0Zr-0.4-Mo-0 Ο
(3) Μπορεί να χρησιμοποιηθεί η βαλβίδα εξαγωγής -TiAl, η οποία έχει αντοχή σε υψηλή θερμοκρασία και μικρό βάρος, αλλά η επεξεργασία δεν είναι κατάλληλη για την παραδοσιακή μέθοδο σφυρηλάτησης, κατάλληλη μόνο για χύτευση και επεξεργασία μεταλλουργίας σκόνης.
3. Έδρα ελατηρίου βαλβίδας
Η υψηλή αντοχή και αντοχή στην κόπωση είναι το κάθισμα ελατηρίου βαλβίδας πρέπει να έχει την απόδοση κράματος τιτανίου για κράμα τύπου θερμικής επεξεργασίας, μπορεί να είναι επεξεργασία γήρανσης στερεού διαλύματος για να αποκτήσει υψηλή αντοχή, τα αντίστοιχα πιο κατάλληλα υλικά είναι Ti - 15V {{1 }}Cr - 3Al - 3Sn and Ti - 15Mo - 3Al - 2.7Nb - 0.2Si. Η Mitsubishi Motors στην παραγωγή αυτοκινήτων σε μεγάλη κλίμακα για χρήση της βαλβίδας TI{10}}V - 4Al ελατηριωτή έδρα βαλβίδας από κράμα τιτανίου, η TI{12}}V - 4Βαλβίδα από κράμα τιτανίου Al Το ελατηριωτό κάθισμα είναι κατάλληλο για την παραγωγή αυτοκινήτων. Κάθισμα ελατηρίου βαλβίδας από κράμα τιτανίου 4Al, σε σύγκριση με το αρχικό μάνδαλο χάλυβα για μείωση της μάζας κατά 42%, η σειρά βαλβίδων μειώνει την αδράνεια της μάζας κατά 6%, η μέγιστη ταχύτητα του κινητήρα αυξήθηκε κατά 300 r/min.
4. Ελατήρια από κράμα τιτανίου
Το τιτάνιο και τα κράματά του έχουν χαμηλό συντελεστή ελαστικότητας σε σχέση με τα υλικά χάλυβα, η τιμή σs/E είναι μεγάλη, κατάλληλη για την κατασκευή ελαστικών εξαρτημάτων. Σε σύγκριση με τα χαλύβδινα ελατήρια αυτοκινήτου, υπό την προϋπόθεση της ίδιας ελαστικής εργασίας, το ύψος των ελατηρίων τιτανίου είναι μόνο 40% των χαλύβδινων ελατηρίων και η ποιότητα είναι μόνο 30% έως 40% των χαλύβδινων ελατηρίων, κάτι που είναι βολικό για το σχεδιασμό του το σωμα του ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟΥ. Επιπλέον, το κράμα τιτανίου εξαιρετική απόδοση κόπωσης και αντοχή στη διάβρωση μπορούν να βελτιώσουν τη διάρκεια ζωής του ελατηρίου. Προς το παρόν, τα υλικά από κράμα τιτανίου που είναι διαθέσιμα για την κατασκευή ελατηρίων αυτοκινήτων είναι Ti-4.5Fe6.8Mo-1.5Al και Ti-13V11C-3Al κ.ο.κ.
5.Στροβιλοσυμπιεστής
Ο υπερσυμπιεστής μπορεί να βελτιώσει την απόδοση καύσης του κινητήρα και να ενισχύσει την ισχύ και τη ροπή του κινητήρα. Ο ρότορας του στροβίλου του στροβιλοσυμπιεστή πρέπει να λειτουργεί για μεγάλο χρονικό διάστημα στα καυσαέρια υψηλής θερμοκρασίας πάνω από 850 μοίρες, επομένως απαιτεί καλή αντίσταση στη θερμότητα. Τα συμβατικά ελαφρά μέταλλα όπως τα κράματα αλουμινίου δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν λόγω των χαμηλών σημείων τήξης τους. Αν και τα κεραμικά υλικά έχουν χρησιμοποιηθεί σε ρότορες στροβίλων λόγω του μικρού τους βάρους και της αντοχής τους σε υψηλή θερμοκρασία, η χρήση τους έχει περιοριστεί από το υψηλό κόστος και την αδυναμία βελτιστοποίησης του σχήματός τους. Προκειμένου να λυθούν αυτά τα προβλήματα, οι Tetsui et al. ανέπτυξε έναν ρότορα στροβίλου TiAl, ο οποίος έχει δοκιμαστεί και αποδειχθεί ότι έχει όχι μόνο καλή αντοχή και απόδοση, αλλά και βελτιωμένη επιτάχυνση του κινητήρα. Αυτό το σχέδιο έχει κυκλοφορήσει με επιτυχία στη σειρά Mitsubishi Lancer Evolution.
6.Σύστημα εξάτμισης και σιγαστήρας
Το τιτάνιο χρησιμοποιείται σε μεγάλες ποσότητες στα συστήματα εξάτμισης των αυτοκινήτων. Τα συστήματα εξάτμισης που κατασκευάζονται από τιτάνιο και τα κράματά του όχι μόνο βελτιώνουν την αξιοπιστία, τη μακροζωία και την εμφάνιση, αλλά επίσης μειώνουν τη μάζα και βελτιώνουν την απόδοση καύσης καυσίμου. Η μάζα ενός συστήματος εξάτμισης τιτανίου μπορεί να μειωθεί κατά περίπου 40% σε σύγκριση με ένα σύστημα εξάτμισης από χάλυβα. Στη σειρά Golf, η μάζα του συστήματος εξάτμισης τιτανίου μπορεί να μειωθεί κατά 7 έως 9 kg και το υλικό τιτανίου που χρησιμοποιείται στο σύστημα εξάτμισης είναι κυρίως καθαρό τιτάνιο.
Η μάζα του σιγαστήρα τιτανίου είναι μόνο 5-6kg, ελαφρύτερη από τον σιγαστήρα από ανοξείδωτο χάλυβα, κ.λπ. Chevrolet CorvetteZ06 αυτοκινήτου 2000 με σιγαστήρα και σύστημα απολήξεων από τιτάνιο 11,8 kg αντί για το αρχικό σύστημα από ανοξείδωτο χάλυβα των 20 kg, η ποιότητα μειώνεται κατά 41%. Το σύστημα αντικατάστασης έχει την ίδια δύναμη και κάνει το αυτοκίνητο πιο γρήγορο, πιο ευέλικτο και πιο οικονομικό στην κατανάλωση καυσίμου. Το τιτάνιο που χρησιμοποιείται για τον σιγαστήρα είναι επίσης κυρίως καθαρό τιτάνιο.
7. Τμήμα σκελετού σώματος
Προκειμένου να βελτιωθεί η ασφάλεια και η αξιοπιστία των αυτοκινήτων, πρέπει να ληφθούν υπόψη οι πτυχές σχεδιασμού και κατασκευής, ειδικά τα υλικά που χρησιμοποιούνται στην κατασκευή. Το τιτάνιο είναι ένα εξαιρετικό υλικό για κουφώματα αμαξώματος, όχι μόνο για την υψηλή ειδική αντοχή του αλλά και για την σκληρότητά του. Στην Ιαπωνία, οι κατασκευαστές αυτοκινήτων επιλέγουν συγκολλημένους σωλήνες από καθαρό τιτάνιο για την κατασκευή σκελετών αμαξώματος, οι οποίοι μπορούν να κάνουν τους αυτοκινητιστές να αισθάνονται αρκετά ασφαλείς όταν οδηγούν.
8. Άλλα εξαρτήματα τιτανίου
Εκτός από τα παραπάνω εξαρτήματα, το τιτάνιο χρησιμοποιείται επίσης σε βραχίονες κινητήρα, ελατήρια ανάρτησης, πείρους εμβόλων κινητήρα, συνδετήρες αυτοκινήτων, παξιμάδια ωτίδας, προεξέχοντες δοκούς πόρτας αυτοκινήτου, βραχίονες ταχυτήτων αυτοκινήτου, έμβολα δαγκάνας φρένων, καρφίτσες, πλάκες πίεσης, κουμπιά ταχυτήτων και πλάκα συμπλέκτη αυτοκινήτου και άλλα ανταλλακτικά αυτοκινήτων.
