Titánötvözet alkalmazása az autó könnyű gyártásában

A titán és a titánötvözetek jellemzői: alacsony sűrűség, kiváló mechanikai tulajdonságok, jó biokompatibilitás, korrózióállóság, magas hőmérsékleti ellenállás és jó alacsony hőmérsékleti szívósság. Jelenleg széles körben használják őket az autóiparban. A titánötvözet sűrűsége csak az acél 60% -a, és a szilárdság több mint 800MPa-t is elérhet. Körülbelül 500 ° C-on továbbra is jó mechanikai tulajdonságokkal rendelkezik, hegesztési és alakítási tulajdonságai jók. Több mint 20 évvel ezelőtt versenyautók gyártásában használták. Jelentősen csökkentse a versenymotor minőségét, miközben javítja a motor teljesítményét.

Jelenleg az autóiparban használt titánötvözet-alkatrészeket elsősorban az autó kipufogórendszereiben, a motorrendszerekben, az erőátviteli és rezgéscsökkentő rendszerekben, valamint a karosszéria vázalkatrészeiben forgalmazzák.

1. Kipufogórendszer

A gépjármű kipufogórendszerének jó magas hőmérsékletű mechanikai tulajdonságokkal és az S és Cl elemek korrózióval szembeni ellenálló képességével kell rendelkeznie. A hagyományos kipufogószelep-alkatrészek rozsdamentes acélból készülnek, de kiderült, hogy a titánötvözetek a teljesítmény szempontjából jobban megfelelnek a kipufogószelep anyagainak.

Az új Chevrolet Corvette Z206 autóban használt titán visszatérő cső hatékonyan elkerüli a rozsdamentes acélcső furatkorrózióját és hegesztési korrózióját, miközben javítja az üzemanyag égési hatékonyságát és gyorsulási képességét, valamint lerövidíti a féktávolságot.

A Timet, az Egyesült Államok legnagyobb titángyártója elkötelezett a titánötvözet kipufogórendszerek kutatásának, fejlesztése és gyártása mellett, és sok japán vállalat is végzett ehhez kapcsolódó kutatási és fejlesztési munkát. Jelenleg a Fuji Heavy Industries Co., Ltd. korlátozott számban 440 darab titán ötvözetű jármű kipufogórendszerét gyártotta. légcső.

2. Motorrendszer

Az autómotor-rendszer a titánötvözet leggyakrabban használt része az autóiparban. A titánötvözet alkalmazása a motorrendszerben főleg szelepet, hajtórudat, főtengelyt, szelepülést és egyéb alkatrészeket tartalmaz.

Japán' s Honda Motor Company kovácsolt titán hajtórudakat használ az NSX racing V-6 motorjában; A Mitsubishi Motors titán szeleprugós üléseket használ nagy kapacitású, négyhengeres motorokban, a Porsche autók pedig titán hajtórudakat is használnak.

(1) Szelep

A titánötvözet szelepek tekintetében az Egyesült Államok és Japán rengeteg kutatási munkát végzett. Jelenleg az Egyesült Államok általában Ti-6Al-4V ötvözetet használ a szívószelepek előállításához, és Ti-6Al-2Sn-4Zr-2M o ötvözetet a kipufogószelepek gyártásához; míg Japánban a Toyota Ti-6Al-4V / Ti B ötvözetet használ a szívószelephez, és Ti-Al-Zr-Sn-Mo-Nb-Si / Ti B ötvözetet a kipufogószelephez. Az ilyen típusú titánötvözetek jó magas hőmérsékletű mechanikai tulajdonságokkal, oxidációs és kúszási ellenállással rendelkeznek, amelyek hatékonyan javítják a motor teljesítményét és felgyorsítják a járműveket.

(2) Szelepülék

A titán ötvözetű szelepülékeket széles körben alkalmazták verseny- és sportautókban. Évente több mint 250 000 készlet készül. Főleg Ti-6Al-4V vagy Ti-5Al-2Cr-1Fe ötvözetből készülnek. Mivel a szelepülés alakja viszonylag egyszerű, ezért a Megmunkálási követelmények nem magasak, és nincs szükség speciális felületkezelésre, a költségek viszonylag olcsóak, és a hatás nyilvánvaló az autó tömegének csökkentésében.

(3) Hajtórúd

A titánötvözetből készült hajtórudak hatékonyan csökkenthetik a motor minőségét és javíthatják az autó teljesítményét. Jelenleg a fő előkészítő anyag a Ti-6Al-4V ötvözet. A Japan Daido Co., Ltd. jelenleg egy kétfázisú titánötvözetet fejleszt ki Ti-3Al-2V-0.2Si-0.47Ce-0.27La, amely jó megmunkálhatósággal, kiváló mechanikai tulajdonságokkal, fáradtsági tulajdonságokkal és korrózióállósággal rendelkezik. , Várhatóan a motor hajtókar-részeiben fogják használni, amelyek gyorsan gyorsulnak és lassulnak.

(4) Forgattyústengely

Bár a titánötvözetből készült főtengelyeket jelenleg nem használják széles körben, a Japán által kifejezetten fejlesztett Ti-3Al-2.5V ötvözetet a Honda versenyautókon ellenőrizték. Miközben hatékonyan csökkenti a minőséget, a motor fordulatszáma 700r / min-rel nőtt, ami azt bizonyítja, hogy a titán az ötvözetű főtengely fölénye. Japán ugyanakkor kísérleti úton gyártott Ti-5Al-2Cr-Fe ötvözetű főtengelyeket, és várhatóan a titánötvözeteket szélesebb körben használják a főtengely-alkatrészeknél.

3. Csillapító rendszer

Az autó csillapító rugózási rendszerének központi eleme a rugózó rugó. Az általános gépjármű rugóacélhoz képest a titánötvözet nagyobb fajlagos szilárdsággal és alacsonyabb nyíró modulussal, valamint nagyobb fáradási szilárdsággal rendelkezik, így alkalmasabb az autó csillapító rugóinak gyártására. Mivel a rugó kitérése egyenesen arányos a fordulatok számával és fordítva arányos az anyag nyíró modulusával, a titánötvözet rugója kevesebb fordulatot igényel, mint egy acél rugó, azzal a feltétellel, hogy ugyanaz a rugóválasz érhető el, ami hatékonyan csökkenti a tavaszi minőség. , Helytakarékosság.

Ugyanakkor a titánötvözet rugója hatékonyan növelheti a rugó rezonancia frekvenciáját és növelheti annak élettartamát is. Jelenleg a legtöbb titánötvözetből készült rugó egyfázisú β titánötvözetből készül. A német Volkswagen vállalat néhány autóban a Lupo FSI titán ötvözetű sebességváltó rugókat használta, és ez az összeg körülbelül 3500.

4. Testváz

Az autó karosszéria alkatrészeit tekintve a titánötvözet nagyobb fajlagos szilárdsága, alacsonyabb sűrűsége és jó korrózióállósága azt jelzi, hogy ez jó anyag a karosszéria vázainak elkészítéséhez. Jelenleg néhány autóipari vállalat titánötvözeteket használt olyan alkatrészeken, mint a fogaskerék konzolok és a féknyereg dugattyúi. Az erőátviteli alkatrészek közül Japán jelenleg magas forgási folyamatot fejleszt ki titánötvözet burkolatok előkészítésére. Az acél burkolatokhoz képest a titánötvözet burkolatok jobban csökkenthetik a lendkerék hatását és jobb csillapító hatást fejtenek ki.

Ezenkívül a titánötvözeteket autóipari kötőelemekben és egyéb alkatrészekben is használták. A titánötvözet előkészítési technológia és az autóipar folyamatos fejlődésével a titánötvözeteket minden bizonnyal szélesebb körben használják majd az autóalkatrészekben.

5. A titánötvözetek jelentősége a gépkocsik könnyű súlya szempontjából

Külföldi kutatóintézetek kiszámították és megállapították, hogy amikor az autó szervizelésének minősége 10% -kal csökken, az üzemanyag-fogyasztás 6% -ról 8% -ra csökkenthető. Tanulmányok azt is kimutatták, hogy minden 91 kg súlycsökkenés után literenként átlagosan 0,43 km-t lehet megtenni. Ezért hazám' gazdaságának folyamatos fejlődésével és az autók számának folyamatos növekedésével az autók könnyű súlya az energiafogyasztás és a légszennyezés csökkentésének egyik fontos módjává vált.

A titánt és a titánötvözet anyagait kiváló fizikai és kémiai tulajdonságaik miatt jelenleg széles körben használják az autóalkatrészekben. A titánanyagok használata nemcsak hatékonyan javítja az autó teljesítményét és biztonsági tényezőjét, hanem fontos szerepet játszik az autó könnyűsúlyában is, hatékonyan csökkentve az autó minőségét' szervizelését és csökkentve az üzemanyag-fogyasztást .

A hagyományos rozsdamentes acél rendszerrel összehasonlítva az autó kipufogórendszerében a titán kipufogó fúvókák visszatérő csőszerelvényét használják, amely körülbelül 8,2 kg-mal csökkentheti a súlyt. Titánötvözetből készült termékek használata a hagyományos acél- és öntöttvas anyagok cseréjére a motor alkatrészeiben, például a szelepekben és a hajtórúdokban, hatékonyan csökkentheti a motor minőségét.

A japán autóipar kutatásai szerint mintegy 0,8 kg titán anyag felhasználása az autóipari szelepekhez 20 kg acél alkatrész hatásának felel meg; minden titánszelep-ülés csökkentheti a súlyát körülbelül 10 g, összehasonlítva az acél szelepülékkel; titánötvözetekben még rudakat és főtengelyeket is használnak, amelyek a leghatékonyabban csökkentik a motor tömegét.

A rezgéscsillapító rendszeren minden titánötvözet rugó több mint 60% -kal csökkentheti a tömeget az acélrugókhoz képest. Járműenként 4 felfüggesztési rugó alapján, titánötvözetből készült rugókra váltás után minden jármű 9–13,6 kg-kal csökkentheti a súlyát. Ezenkívül a titánötvözetből készült hangtompító tömege csak 5 ~ 6 kg, ami 40% -kal könnyebb, mint a rozsdamentes acél hangtompító.

Például egy átlagos közepes méretű autót véve, ha a meglévő titánötvözetből készült autóalkatrészeket a hagyományos alkatrészek cseréjére használják, akkor az autó' saját tömege körülbelül 1500 kg-ról körülbelül 1000 kg-ra csökken, a súlycsökkentés arány elérheti a 30% -ot, és a teljes üzemanyag-fogyasztás 20% -kal csökkenthető. Ez felül fogja csökkenteni a világ üzemanyag-fogyasztását, és hatékonyan enyhíti az energiahiány és a környezetszennyezés problémáit.

A fenti adatok azt mutatják, hogy a titánötvözetek használata jelentős hatással van az autó tömegének csökkentésére. A modern autóiparban folyamatosan fejleszteni kell a gépjárműalkatrészekben található titán és titánötvözetek alkalmazási technológiáját, hogy növeljék a titánötvözetek arányát az autókban.

Jelenleg hazámban a titánötvözet' autóiparának alkalmazása még mindig tárgyalási szakaszban van. A fő probléma az, hogy a titánötvözetből származó anyagok költségei túl magasak, és az alkatrészeket nehéz feldolgozni.

Ezért a jövőben a fő feladat a titánötvözet alkatrészek árának csökkentése kell, hogy legyen, olcsó titánötvözetből készült anyagok kifejlesztésével, a titánötvözet alapanyagok előállítási költségeinek csökkentésével és a titánötvözet alkatrészek feldolgozási hatékonyságának javításával a feldolgozási technológia fejlesztésével.

A külföldi tapasztalatok azt mutatják, hogy csak az autótervezés és -gyártás, valamint a titánötvözet-kutatás és -fejlesztés kombinációja képes jobb minőségű titánötvözet-anyagokat biztosítani az autók számára.

Úgy gondolják, hogy a kutatás és fejlesztés folyamatos elmélyülésével a titán és a titánötvözetek egyre fontosabb szerepet fognak játszani hazám modern autóiparában, és elősegítik az autóipar folyamatos fejlődését.

Nicole