V posledných rokoch, s rýchlym rozvojom automobilového priemyslu, pritiahla zvýšená pozornosť spotreba paliva, ochrana životného prostredia a bezpečnosť spôsobené automobilmi. Tešíme sa na budúci rozvojový smer automobilového priemyslu, ľahká, nízka spotreba paliva a nízke emisie sú témami rozvoja. Podľa štatistík medzinárodných autoritatívnych oddelení sa 60% energie spaľovania automobilových palivov spotrebuje vlastnou hmotnosťou. Aj keď vysoko pevné tenké oceľové platne, hliník, horčík, kompozitné materiály na báze kovu a plastové živicové materiály zohrávali úlohu pri znižovaní hmotnosti automobilov, vznik priemyselných titánových materiálov urobil z výroby automobilov lepšiu voľbu.
Kov titánu má výhody s nízkou hustotou, vysokou špecifickou pevnosťou a dobrým odporom korózie. Použitie titánových materiálov v automobiloch môže výrazne znížiť hmotnosť tela automobilu, znížiť spotrebu paliva, zlepšiť pracovnú účinnosť motora, zlepšiť životné prostredie a znížiť hluk. Vysoká cena však spôsobuje, že zliatiny titánu majú iba niektoré aplikácie v luxusných modeloch a športových automobiloch v automobilovom priemysle a zriedka v bežných automobiloch. Preto je kľúčom k propagácii jeho uplatňovania v bežných domácich vozidlách výskumu a rozvoja lacných titánových zliatin, ktoré vyhovujú potrebám trhu.
Aktuálna aplikácia zliatin titánu v automobilovom priemysle
Aj keď sa zliatiny titánu široko používajú v leteckom, petrochemickom a lodiarskom priemysle, ich aplikácia v automobilovom priemysle sa pomaly vyvíjala. Od úspešného rozvoja prvého taniového automobilu spoločnosťou General Motors v Spojených štátoch v roku 1956, Titanium Auto Parts nedosiahli úroveň hromadnej výroby až do osemdesiatych rokov. V 90. rokoch 20. storočia, s rastúcim dopytom po luxusných automobiloch, športových automobiloch a závodných automobiloch, sa titánové diely rýchlo vyvíjali. V roku 1990 bolo množstvo titánu používaného v automobiloch na celom svete iba 50 ton, čo dosiahlo 500 ton v roku 1997, 1100 ton v roku 2002 a 3 000 ton v roku 2009. Očakáva sa, že množstvo titánu používaných v automobiloch na celom svete bude v súčasnosti presahovať 5 000 ton, v súčasnosti sa bežne používajú nasledujúce časti titánových častí.
1. Motor spojovacia tyč
Zliatina titánu je ideálnou voľbou pre pripojenie materiálov tyčí. Motor spojovacie tyče vyrobené z zliatiny titánu môžu účinne znížiť hmotnosť motora, zlepšiť palivovú účinnosť a znížiť objem výfukových plynov. V porovnaní s oceľovými spojovacími tyčami môžu tyčianske prúty znížiť hmotnosť o 15% na 2 0%. Aplikácia prútov spájajúcich zliatiny titánu sa prvýkrát odrazila v nových talianskych motoroch Ferrari 3.5Lv8 a Acura NSX. Materiály používané pre prúty zliatiny zliatiny Titanium sú hlavne ti -6 al -4 v, ti {{}} v {{}}} fe -3 al, ti {{10} al {-2. 0v a Ti -4 al -4 mo-sn {-0. 5Si a ďalšie materiály zliatiny titánu, ako napríklad ti {{}}} al {-2} si {{{-4 mn a ti} -7} m {22} {2 {{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{}} v cykle sa vyvíjajú.
2. Ventily motora
Ventily automobilových motorov vyrobené z zliatiny titánu môžu nielen znížiť hmotnosť a predĺžiť životnosť, ale tiež znížiť spotrebu paliva a zlepšiť spoľahlivosť vozidla. V porovnaní s oceľovými ventilmi môžu titánové ventily znížiť hmotnosť o 30%až 40%a rýchlosť limitu motora sa môže zvýšiť o 20%. Pokiaľ ide o súčasné aplikácie, materiál na nasávajúci ventil je hlavne ti -6 al -4 v a materiál výfukového ventilu je hlavne ti -6242 s. Zvyčajne sa SN a AL pridávajú, aby sa získala nižšia krehkosť a vyššia pevnosť; Pridanie MO môže zlepšiť výkon tepelného spracovania zliatiny titánovej zliatiny, zvýšiť pevnosť ochladenej zliatiny titánu a zvýšiť tvrdosť. Ďalšie zliatiny titánu s vývojovým potenciálom sú:
1) Príjmový ventil môže byť vyrobený z ti -62 s, ktorý má rovnaké charakteristiky ako ti -6 al -4 v a je lacnejší.
2) Výfukový ventil je možné vyrobiť z ti -6 al {{}}} sn -4. 0 zr -0. 4- Mo {7}}. 45Si. Kvôli nižšiemu obsahu MO je jeho odpor tečenia lepší ako ti -6242 s a teplota odporu oxidácie môže dosiahnuť 600 stupňov.
3) Výfukový ventil môže byť vyrobený z -, ktorý má charakteristiky vysokej teploty odporu a ľahkej hmotnosti, ale nie je vhodný na spracovanie tradičnými metódami kovania a je vhodný iba na odlievanie a práškovú metalurgiu.
3. Sedadlo na pružinu ventilu
Odolnosť voči vysokej pevnosti a únave sú vlastnosti, ktoré musia mať sedadlá na pružine ventilov. -Titanium zliatiny je zliatina spôsobiteľná tepelne, ktorá dokáže získať vysokú pevnosť pomocou ošetrenia starnutím tuhého roztoku. Zodpovedajúce vhodnejšie materiály sú ti -15 v -3 cr -3 al {{}}} sn a ti {-15 mo -3 al {8}}. 7nb}. Mitsubishi Motors používa Ti -22 v -4 al Titanium Alloy Valve na pružinovom sedadle so svojimi hmotnostnými automobilmi, čo znižuje hmotnosť o 42% v porovnaní s pôvodným oceľovým zámkom, znižuje inerciálnu hmotnosť mechanizmu ventilu o 6% a zvyšuje maximálnu rýchlosť motora o 300R/min.
4. Jarná zliatina titánu
Titanium a jeho zliatiny majú nižší elastický modul a veľkú hodnotu σS/E v porovnaní s oceľovými materiálmi a sú vhodné na výrobu elastických komponentov. V porovnaní s oceľovými automobilovými pružinami, pod predpokladom tej istej elastickej práce, je výška titánových pružín iba 40% z oceľových pružín a hmotnosť je iba 30% až 40% z oceľových pružín, čo je vhodné na konštrukciu tela. Okrem toho môže vynikajúca únavová výkonnosť a odolnosť proti korózii zliatiny titánu zvýšiť servisnú životnosť prameňov. V súčasnosti patrí materiály zliatiny titánu, ktoré sa dajú použiť na výrobu automobilových prúžkov, Ti -4. 5Fe6.8mo -1. 5AL a Ti -13 v11c -3 al.
5. Turbokacharger
Turkargery môžu zlepšiť účinnosť spaľovania motora a zvýšiť výkon a krútiaci moment motora. Rotor turbíny turbodúchadla musí pracovať na dlhom čase vo vysokom teplote nad 850 stupňov, takže vyžaduje dobrý tepelný odpor. Tradičné svetelné kovy, ako sú zliatiny hliníka, sa nemôžu použiť kvôli ich nízkemu bodu topenia. Aj keď sa keramické materiály používajú v rotoroch turbíny kvôli ich ľahkej hmotnosti a dobrému vysokému teplotnému odporu, ich aplikácia je obmedzená z dôvodu vysokých nákladov a neschopnosti optimalizovať tvar. Aby sa tieto problémy vyriešili, Tetsui a kol. vyvinul rotor turbíny. Po mnohých testoch a overovaniach má nielen dobrú trvanlivosť a účinnosť, ale môže tiež zlepšiť zrýchlenie motora. Tento dizajn bol úspešne komercializovaný v sérii Mitsubishi Lancer Evolution.
6. Výfukový systém a tlmič tlmiča
Titán sa používa vo veľkých množstvách vo výfukovom systéme automobilov. Výfukové systémy vyrobené z titánu a jeho zliatin môžu nielen zlepšiť spoľahlivosť, predĺžiť život a zlepšiť vzhľad, ale tiež znížiť hmotnosť a zlepšiť účinnosť spaľovania paliva. V porovnaní s oceľovými výfukovými systémami môžu titánové výfukové systémy znížiť hmotnosť približne o 40%. V golfovej sérii automobilov je možné hmotnosť titánových výfukových systémov znížiť o 7 až 9 kg. V súčasnosti je titán používaný vo výfukových systémoch hlavne priemyselný čistý titán.
Hmotnosť titánového tlmiča je iba 5 až 6 kg, čo je ľahšie ako tlmiče, ako je nehrdzavejúca oceľ. 2000 Chevrolet Corvette Z06 používa systém tlmiča a výfuku 11,8 kg na nahradenie pôvodného systému z nehrdzavejúcej ocele s hmotnosťou 20 kg, čím sa hmotnosť zníži o 41%. Sila nahradeného systému zostáva nezmenená a auto je rýchlejšie, flexibilnejšie a účinnejšie palivo. Titán používaný v tlmich tlmiča je tiež hlavne priemyselný čistý titán.
7. Časť rámu tela
Aby sa zlepšila bezpečnosť a spoľahlivosť vozidla, je potrebné zvážiť aspekty navrhovania a výroby, najmä výrobné materiály. Titanium je dobrý materiál na výrobu telesných rámov. Má nielen vysokú špecifickú silu, ale má tiež dobrú tvrdosť. V Japonsku si výrobcovia automobilov vyberajú čisté kovové rúrky s titánom, aby vyrábali rámy tela, vďaka čomu sa vodiči pri jazde cítia dostatočne bezpečne.
8. Ostatné časti zliatiny titánu
Okrem vyššie uvedených častí sa titán používa aj v ramenách vahadiel motora, zavesenia, kolíkových piestov s motorom, automobilovými upevňovacími prvkami, matice s výčelnou automobilov, vyčnievajúcich nosníkov, auta, piestových piestov, pieskov na brzdenie, kolíkových doskách, tlakových doskách, posunových gombíkov a iných automobilových dielkoch.
Aplikácia zliatiny titánu
1. Výhody
Zliatiny titánu majú výhody ľahkej hmotnosti, vysokej špecifickej pevnosti a dobrého odporu korózie, takže sa široko používajú v automobilovom priemysle. Najčastejšie používanou zliatinou titánu je systém automobilového motora. Používanie titánových zliatin má veľa výhod na výrobu častí motora, ktoré sa prejavujú hlavne v:
1) Nízka hustota zliatin titánu môže znížiť inerciálnu hmotnosť pohybujúcich sa častí. Zároveň môžu pružiny titánových ventilov zvýšiť voľné vibrácie, znížiť vibrácie tela auta a zvýšiť rýchlosť a výkonný výkon motora.
2) Znížte inerciálnu hmotnosť pohybujúcich sa častí, čím sa znížite trenie a zlepšíte palivovú účinnosť motora.
3) Výber zliatiny titánu môže znížiť napätie zaťaženia príbuzných častí a znížiť veľkosť častí, čím sa zníži hmotnosť motora a celé vozidlo.
4) Zníženie inerciálnej hmotnosti častí znižuje vibrácie a hluk a zlepšuje výkon motora.
Aplikácia zliatiny titánu v iných častiach môže zlepšiť pohodlie personálu a krásu automobilu. V aplikácii automobilového priemyslu zohráva zliatina titánu nesmiernu úlohu pri úspore energie a znižovaní spotreby.
2. Obmedzenia aplikácie
Aj keď časti zliatiny titánu majú taký vynikajúci výkon, ešte pred titánom je ešte dlhá cesta a jeho zliatiny sa v automobilovom priemysle široko používajú. Medzi dôvody patrí drahé ceny, zlá formovateľnosť a zlý výkon zvárania.
Vďaka vývoju technológie tvorby zliatiny titánu a moderných technológií zvárania, ako je zváranie elektrónových lúčov, zváranie oblúka v plazme a laserové zváranie v posledných rokoch, problémy s formovaním a zváraním zliatinov titánu už nie sú kľúčovými faktormi obmedzujúcimi aplikáciu titánových priliehaní. Hlavným dôvodom, prečo bráni rozsiahlemu uplatňovaniu zliatin titánu v automobilovom priemysle, sú stále vysoké náklady.
Či už ide o počiatočné tavenie kovu alebo následné spracovanie, cena zliatin titánu je oveľa vyššia ako cena iných kovov. Prijateľné náklady na titánové diely pre automobilový priemysel sú 8 až 13 USD/kg pre prúty spájajúce titány, 13 až 20 USD/kg pre titánové ventily a menej ako 8 USD/kg pre titánové pružiny, výfukové systémy a upevňovače motora. Náklady na diely vyrobené z titánových materiálov sú však oveľa vyššie ako tieto ceny. Výrobné náklady na titánové platne sú väčšinou vyššie ako 33 USD/kg, čo je 6 až 15 -násobok nákladov na hliníkové platne a 45 až 83 -násobok oceľových platní.
Aktuálny stav výskumu na zliatinách titánu pre automobily
V súčasnosti je zníženie nákladov hlavným smerom výskumu zliatin titánu pre automobilový priemysel. Vzhľadom na charakteristiky distribúcie nákladov na zliatiny titánu pre automobilový priemysel, pracovníci materiálového výskumu a vývoja dosahujú hlavne účel zníženia nákladov z nasledujúcich dvoch aspektov: vývoj nových systémov nízkonákladových zliatin a používanie nových technológií spracovania a prípravy.
1. Nový lacný systém zliatiny titánu
Pracovníci z rôznych krajín vyvinuli nové nízkonákladové systémy zliatiny titánovej zliatiny, ktoré sa zameriavajú najmä na tieto aspekty: Dizajn zliatiny pomocou lacných prvkov zliatiny a zliatiny na zlepšenie charakteristík spracovania. Medzi nimi sú Japonsko a Spojené štáty reprezentanti a moja krajina tiež úspešne vyvinula dve lacné titánové zliatiny, konkrétne TI8LC a TI12LC. Pri návrhu nízkonákladových komponentov zliatiny titánu pre automobily sú bežne používané lacné zliatinové prvky FE, CR, SI, AL atď.
2. Nová technológia spracovania a prípravy
Náklady na spracovanie materiálov zliatiny titánu predstavujú viac ako 60% z celkových nákladov počas výrobného procesu. Preto, pokiaľ ide o zníženie nákladov, ako znížiť náklady na spracovanie zliatin titánu, sa stalo kľúčovým smerom výskumu. Výskum v tejto oblasti je rozdelený hlavne do dvoch aspektov: jedným je zlepšenie tradičného procesu obsadenia a kovania a druhým je použitie práškovej metalurgie v blízkosti technológie formovania siete.
Vo výskume a vývoji nových procesov kovania je kovanie za studena v súčasnosti jednou z najsľubnejších metód pre zliatiny titánu na výrobu automobilových dielov. -titánska zliatina má nízky deformačný odpor pri teplote miestnosti a dobré spracovanie a formovanie rezania. Je to materiál, ktorý môže byť kovaný studený. V súčasnosti Japonsko vyvinulo tri zliatiny Titanium s deformovanými studňami. -Titanium Alloy má tiež určité nedostatky. Je ľahké produkovať nerovnomernú deformáciu počas kovania za studena a ľahko sa držia pleseň. Preto hromadná výroba častí zliatiny -Titanium pomocou technológie kovania za studena si vyžaduje ďalší prieskum a vývoj.
Pokiaľ ide o zníženie nákladov na spracovanie na zliatiny titánu, je prášková metalurgia veľmi dôležitou technológiou. Pri výrobe automobilových častí práškovej metalurgie je tradičná metóda lisovania na lisovanie stále dominantná, najmä vrátane metódy práškových prvkov (BE) a vopred zlúčeného práškového metódy (PA). V súčasnosti je prášková metóda prvku najčastejšie používaná v oblasti nízkonákladovej práškovej metalurgie zliatiny automobilového titánu kvôli jej jednoduchému procesu a nižším nákladom. V posledných rokoch sa objavili aj ďalšie technológie metalurgie prášku, vrátane technológie formovania laserov, vstrekovania kovového prášku (MIM) a ďalších technológií, ktoré sa široko používajú pri skúšobnej výrobe a výrobe zložitých automobilových častí, ktoré môžu výrazne skrátiť vývoj a výrobný cyklus a ďalej znižovať náklady.
Záver
Nová generácia automobilového dizajnu venuje väčšiu pozornosť ľahkému telu, nízkej spotrebe paliva, nízkym hlukom a vibráciám motora, aby sa splnili stále prísnejšie environmentálne požiadavky. V tejto súvislosti sa titán ľahkého kovu stane hlavným aplikačným materiálom pre budúce automobily.
Berúc do úvahy aktuálny stav nízkonákladového výskumu titánového zliatiny pre automobily, je možné zistiť, že na ďalšie zníženie nákladov na zliatinu titánu pre automobily by sa mal zamerať nasledujúci výskum:
1) Pri vývoji lacných zliatinových systémov sa snažte vyvinúť zliatinové systémy, ktoré nepoužívajú alebo nepoužívajú lacnejšie prvky zliatiny bez ovplyvnenia výkonu, a zároveň plne vyvíjajú a využívajú recyklované zliatiny titánu.
2) Pri vývoji procesov odlievania a kovania sa vyvíjajte v smere rozvoja zliatin -Titanium a zliatiny titánu deformovaných za studena a vykonajte štúdie uskutočniteľnosti ich hromadnej výroby.
3) Pri práškovej metalurgii, pričom je potrebné zaistiť nízkonákladovú výhodu, je potrebné ďalej zlepšiť výkonnosť titánových častí.
Vďaka rozvoju hospodárstva a znížením nákladov na titány si viac inžinierskych dizajnérov vyberie titánové diely ako automobilové diely. Zliatiny titánu budú nakoniec zaujať dôležité postavenie vo výrobe automobilového priemyslu.
