V posledných rokoch s rýchlym rozvojom automobilového priemyslu problémy, ako je spotreba paliva, ochrana životného prostredia a bezpečnosť, čoraz viac upútali pozornosť verejnosti. Pri pohľade do budúcnosti sa budúce smerovanie automobilového priemyslu zameria na ľahkú váhu, zníženú spotrebu paliva a nižšie emisie. Podľa štatistík autoritatívnych medzinárodných organizácií je 60% energie zo spaľovania paliva v automobiloch spotrebovaných vlastnou hmotnosťou vozidla. Aj keď vysoko pevné tenké oceľové platne, hliník, horčík, kompozity kovovej matrice a plastové živice už hrali úlohu pri znižovaní hmotnosti vozidla, vznik priemyselných titánových materiálov poskytol lepšiu voľbu pre výrobu automobilov.
Titánový kov ponúka výhody, ako je nízka hustota, vysoká špecifická pevnosť a vynikajúca odolnosť proti korózii. Používanie titánu v automobiloch môže výrazne znížiť hmotnosť vozidla, nižšiu spotrebu paliva, zvýšiť účinnosť motora a zvýšiť environmentálny výkon a zároveň znižovať hluk. Vysoké náklady na zliatiny titánu však obmedzili svoju aplikáciu predovšetkým na luxusné a športové vozidlá, pričom zriedkavé používanie v bežných vozidlách. Preto je pre výskum ich uplatňovania v bežných spotrebiteľských vozidlách kľúčový výskum a vývoj nízkonákladových titánových zliatin, ktoré spĺňajú požiadavky na trhu.
Súčasné aplikácie zliatin titánu v automobilovom priemysle
Aj keď sa zliatiny titánu široko používajú v odvetviach leteckého, petrochemického a lodného priemyslu, ich aplikácia v automobilovom priemysle bola pomalá. Začínajúc prvým automobilom s all-titánom vyvinutým spoločnosťou General Motors v roku 1956 komponenty Titanium Automotive nedosiahli úrovne hromadnej výroby až do osemdesiatych rokov. V 90. rokoch 20. storočia, s rastúcim dopytom po luxusných automobiloch, športových automobiloch a pretekárskych automobiloch, zaznamenali titánové komponenty rýchly vývoj. Globálne využitie automobilového titánu bolo v roku 1990 iba 50 ton, v roku 2009 sa zvýšilo na 500 ton, 1 100 ton v roku 2002 a 3, 000 v roku 2009. Predpokladá sa, že sa predpokladá, že prekročia 5, 000 do roku 2015.
Spojovacie tyče:
Zliatiny titánu sú ideálnou voľbou pre pripojenie tyčí. Titánové spojovacie tyče môžu účinne znížiť hmotnosť motora, zlepšiť palivovú účinnosť a znížiť emisie. V porovnaní s oceľovými tyčami môžu titánové tyče znížiť hmotnosť o 15%–2 0%. Medzi aplikácie patria Ferrari's 3,5L V8 a motory NSX spoločnosti Acura. Bežné materiály zahŕňajú ti -6 al -4 v, ti -10 v {{}} fe -3 al, ti -3 al {{}}}. 0v a Ti -4 al -4 mo-sn -0. 5Si.
Ventily motorov:
Titánske ventily znižujú hmotnosť, predĺžili životnosť, nižšiu spotrebu paliva a zlepšenie spoľahlivosti. V porovnaní s oceľovými ventilmi môžu titánové ventily znížiť hmotnosť o 30% - 40%a zvýšiť rýchlosť motora o 20%. Bežné materiály zahŕňajú ti -6 al -4 v pre nasávkové ventily a ti -6242 s pre výfukové ventily. Medzi ďalšie sľubné zliatiny patrí Ti -62 s a -Tial.
Chalupa:
Pre držiaky na pružinu ventilov je nevyhnutná vysoká pevnosť a únava. Beta titánové zliatiny, napríklad ti -15 v {{}}} cr -3 al {{}} sn a ti -15 mo {{}} al {}}}. Mitsubishi použil ti -22 v {-4 al stonky, čím sa znížila hmotnosť o 42%.
Titánové pramene:
Zliatiny titánu majú nižší elastický modul ako oceľ, vďaka čomu sú vhodné pre elastické komponenty. Titaniové pružiny sú o 30% - 40% ľahšie ako oceľové pružiny a ponúkajú lepšiu únavu a odolnosť proti korózii. Bežné materiály zahŕňajú ti -4. 5Fe -6. 8MO -1. 5AL a Ti {{}} v {{}} cr -3 al.
Turbodúchadlo:
Turbodychery zlepšujú účinnosť a výkon motora. Rotory turbíny vyžadujú vysokú tepelnú odolnosť, ktoré zliatiny titánu ako TIAL poskytujú. Evolučné modely Mitsubishi Lancer úspešne komercializovali rotory Tial Turbine.
Výfukové systémy a tlmiče:
Titanium sa vo výfukových systémoch široko používa na zlepšenie spoľahlivosti, predĺženie životnosti, zníženie hmotnosti a zvýšenie palivovej účinnosti. Výfukové systémy titánu sú o 40% ľahšie ako oceľové systémy. Bežne sa používa priemyselný čistý titán.
Rámy tela:
Vysoká špecifická pevnosť a húževnatosť titánu spôsobujú, že je vhodná pre rámy tela. V Japonsku sa na zvýšenie bezpečnosti a spoľahlivosti používajú čisté titánové zvárané trubice.
Ostatné komponenty:
Titán sa používa aj v ramenách vahadiel motorov, zavesených pružinách, piestových kolíkoch, upevňovacích prvkoch, dverových lúčoch, brzdových strmeňových piestoch a spojkových doskách.
Výhody zliatiny titánu
Ľahký: Znižuje hmotnosť vozidla a zlepšuje palivovú účinnosť.
Vysoká špecifická sila: Zvyšuje výkon a bezpečnosť.
Odpor: Rozširuje životnosť komponentov.
Redukcia hluku a vibrácií: Zlepšuje pohodlie jazdy.
Obmedzenia zliatiny titánu
Vysoké náklady: Primárna prekážka rozšíreného využívania v automobilovom priemysle.
Tvoriteľnosť a zvárateľnosť: Výzvy vo výrobe a spracovaní.
Výskum zliatiny automobilového titánu
Súčasný výskum sa zameriava na zníženie nákladov prostredníctvom:
Nízkonákladové zliatinové systémy: Vývoj zliatin s lacnými prvkami ako Fe, Cr, Si a Al.
Pokročilé technológie spracovania: Kovanie za studena a prášková metalurgia (napr. Kovové vstrekovanie) na zníženie výrobných nákladov.
Záver
Ďalšia generácia automobilového dizajnu zdôrazňuje ľahkú váhu, zníženú spotrebu paliva, nižší hluk a minimalizované vibrácie, aby sa splnili prísne environmentálne požiadavky. V tejto súvislosti je titán pripravený stať sa hlavným materiálom pre budúce vozidlá. Na ďalšie zníženie nákladov by sa mal výskum zamerať na:
Vývoj lacných zliatinových systémov s minimálnym využívaním drahých prvkov.
Postupovanie technológií kovania a tvorby za studena pre zliatiny titánu beta.
Zvýšenie techník metalurgie prášku na zlepšenie výkonu a zníženie nákladov.
S rastúcou ekonomikou a znížením nákladov na titány si viac inžinierov vyberie titán pre automobilové komponenty, čo upevňuje svoju dôležitú úlohu v automobilovom priemysle.
