Astm B265 Gr2 titanova zlitina v lahkih avtomobilskih proizvodnih aplikacijah
Za titan in titanove zlitine je značilna nizka gostota, odlične mehanske lastnosti, dobra biokompatibilnost, odpornost proti koroziji, odpornost na visoke temperature, žilavost pri nizkih temperaturah itd., in se pogosto uporabljajo na področju avtomobilske proizvodnje. Gostota titanove zlitine je le 60% jekla, trdnost pa lahko doseže več kot 800 MPa, pri 500 stopinjah ali tako še vedno ohranja dobre mehanske lastnosti, učinkovitost varjenja in oblikovanja pa je boljša, pred več kot 20 leti je bila uporabljena pri izdelavi dirkalnih avtomobilov, kar močno zmanjša kakovost motorja dirkalnih avtomobilov, hkrati pa izboljša zmogljivost motorja.
Trenutno se deli iz titanove zlitine, ki se uporabljajo v proizvodnji avtomobilov, večinoma distribuirajo v avtomobilskem izpušnem sistemu, sistemu motorja, menjalniku in sistemu za dušenje vibracij ter delih okvirja karoserije.
1. Izpušni sistem
Materiali za avtomobilske izpušne sisteme morajo imeti dobre visokotemperaturne mehanske lastnosti in odpornost proti koroziji na elemente S, Cl. Tradicionalno so bile komponente izpušnih plinov izdelane iz nerjavečega jekla, vendar se je izkazalo, da so titanove zlitine bolj primerne v smislu zmogljivosti.
Povratna cev iz titana, uporabljena v novem avtomobilu Chevrolet Corvette Z206, se učinkovito izogiba težavam z luknjami in korozijo zvarov, ki se pojavljajo v ceveh iz nerjavečega jekla, hkrati pa izboljša učinkovitost zgorevanja goriva in pospešek ter skrajša zavorno pot.
Timet, največji proizvajalec titana v ZDA, je bil predan raziskavam in razvoju ter proizvodnji izpušnih sistemov iz titanovih zlitin, številna japonska podjetja so prav tako izvedla sorodna raziskovalna in razvojna dela, trenutno pa Fuji Heavy Industries Co. , Ltd. je proizvedlo omejeno število 440 kompletov izpušnih cevi iz titanove zlitine za avtomobile.
2. Sistem motorja
Sistem avtomobilskega motorja je najpogosteje uporabljen del iz titanove zlitine na avtomobilskem področju, titanova zlitina v sistemu motorja se uporablja predvsem v ventilih, ojnicah, ročičnih gredeh, sedežih ventilov in drugih delih.
Japonsko podjetje Honda Motor Company je v dirkalnem motorju NSX V-6 uporabilo kovane ojnice iz titana; Mitsubishi Motors Corporation je izdelal visokozmogljiv štirivaljni motor s sedežem vzmeti ventila iz titana, avtomobili Porsche uporabljajo tudi ojnice iz titana.
(1) Ventili
Ventili iz titanove zlitine, Združene države in Japonska so opravili veliko raziskovalnega dela, Združene države so zdaj običajna uporaba sesalnih ventilov iz zlitine Ti-6Al-4V, uporaba Ti{{ 2}}Al-2Sn-4Zr-2Mo izpušni ventili za proizvodnjo zlitin; in Toyota Japonska je uporaba zlitine Ti-6Al-4V/Ti B priprava sesalnih ventilov, uporaba zlitine Ti-Al-Zr-Sn-Mo-Nb-Si/Ti B za pripravite izpušne ventile. Te vrste titanovih zlitin imajo boljše visokotemperaturne mehanske lastnosti, odpornost proti oksidaciji in lezenju, kar učinkovito izboljša zmogljivost motorja in poveča hitrost avtomobila.
(2) Sedež ventila
Sedež ventila iz titanove zlitine se pogosto uporablja v dirkalnih avtomobilih in športnih avtomobilih, letna proizvodnja več kot 250,000 sklopov, predvsem z uporabo Ti-6Al-4V ali Ti{{4 Priprava zlitine }}Al-2Cr-1Fe je zaradi oblike sedeža ventila razmeroma preprosta, zato zahteve za strojno obdelavo niso visoke in ne potrebujejo posebne površinske obdelave, stroški je cenejši, učinek zmanjšanja teže avtomobila pa je očiten.
(3) Ojnica
Uporaba titanovih ojnic lahko učinkovito zmanjša kakovost motorja in izboljša zmogljivost avtomobila. Trenutno je glavni material za pripravo zlitina Ti-6Al-4V. Ltd. trenutno razvija dvofazno titanovo zlitino, Ti-3Al-2V-0.5V.
Ti-3Al-2V-0.2Si-0.47Ce-0.27La, zlitina ima dobro obdelovalnost, mehanske lastnosti, lastnosti utrujenosti in odpornost proti koroziji tudi odlično, predvidoma se bo uporabljalo pri pospeševanju motorja, upočasnjevanju sestavnih delov ojnice.
(4) Motorna gred
Ročična gred iz titanove zlitine se trenutno ne uporablja široko, vendar je bila posebej razvita japonska zlitina Ti-3Al-2.5V preverjena v zgornjem Hondinem dirkalniku pri učinkovitem zmanjšanju kakovosti hkrati, vrtilna frekvenca motorja se je povečala za 700r/min, kar dokazuje superiornost ročične gredi iz titanove zlitine. Istočasno je Japonska izvajala poskusno proizvodnjo ročične gredi iz zlitine Ti-5Al-2Cr-Fe, pričakujejo, da bo titanova zlitina v komponentah ročične gredi bolj razširjena.
3. Sistemi dušenja
Osrednja komponenta avtomobilskega sistema vzmetenja za dušenje tresljajev je vzmetna vzmet. Titanova zlitina ima višjo specifično trdnost, nižji strižni modul in višjo trdnost na utrujenost kot splošno jeklo za avtomobilske vzmeti, zaradi česar je primernejša za izdelavo avtomobilskih vzmeti za dušenje vibracij. Ker sta upogib vzmeti in število tuljav medsebojno sorazmerna in je strižni modul materiala obratno sorazmeren drug z drugim, potrebujejo vzmeti iz titanove zlitine manj tuljav kot jeklene vzmeti, da dosežejo enak odziv vzmeti, kar učinkovito zmanjša kakovost vzmeti in prihrani prostor.
Hkrati lahko vzmeti iz titanove zlitine tudi učinkovito povečajo resonančno frekvenco vzmeti in izboljšajo njeno življenjsko dobo. Trenutno je večina vzmeti iz titanove zlitine izdelana iz enofazne titanove zlitine. Nemčija Volkswagen je v nekaterih svojih avtomobilih uporabil zobate vzmeti Lupo FSI iz titana, pri čemer je bilo uporabljenih približno 3500 avtomobilov.
4. Okvir telesa
Za komponente okvirja karoserije visoka specifična trdnost, nizka gostota in dobra korozijska odpornost titanove zlitine kažejo, da je dober material za pripravo okvirjev karoserije. Trenutno nekatera avtomobilska podjetja uporabljajo titanove zlitine za komponente, kot so nosilci zobnikov in bati zavornih čeljusti. Komponente menjalnika, Japonska trenutno razvija metodo oblikovanja z visokim vrtenjem za pripravo lupine iz titanove zlitine, v primerjavi z jekleno lupino, lupina iz titanove zlitine bolje zmanjša vpliv vztrajnika, boljši učinek blaženja.
Poleg tega se titanova zlitina uporablja tudi v avtomobilskih pritrdilnih elementih in drugih komponentah; z nenehnim razvojem postopka priprave titanove zlitine in avtomobilske industrije se bo titanova zlitina uporabljala v avtomobilskih delih in komponentah.
5. Pomen titanove zlitine za lažjo težo avtomobilov
Tuji raziskovalni inštituti so ugotovili, da ko se splošna kakovost avtomobila zmanjša za 10%, se lahko poraba goriva zmanjša za 6%~8%. Obstajajo tudi študije, ki kažejo, da je za vsakih 91 kg zmanjšanja teže v avtomobilu mogoče povprečno gorivo na liter prevoziti 0,43 km več. Zato je z nenehnim razvojem kitajskega gospodarstva in naraščajočim številom lastnikov avtomobilov olajšanje avtomobilov postalo eden najpomembnejših načinov za zmanjšanje porabe energije in onesnaževanja zraka.
Materiali iz titana in titanovih zlitin so bili zaradi svojih odličnih fizikalnih in kemičnih lastnosti uporabljeni v številnih avtomobilskih delih. Uporaba titanovih materialov ne le učinkovito izboljša zmogljivost avtomobila in varnostni koeficient, ampak ima tudi pomembno vlogo pri avtomobilski lahki teži, učinkovito zmanjša skupno maso avtomobila, zmanjša porabo goriva.
Avtomobilski izpušni sistem z izpušno cevjo iz titana - sklop povratne cevi v primerjavi s tradicionalnim sistemom iz nerjavečega jekla lahko zmanjša težo za približno 8,2 kg, deli motorja v ventilu, ojnici in drugih komponentah pa uporabljajo izdelke iz titanove zlitine namesto tradicionalnega jekla in litega železa. materiali lahko učinkovito zmanjšajo kakovost motorja.
Glede na japonsko raziskavo avtomobilske industrije je avtomobilski pogonski ventil za doseganje učinka uporabil približno 0.8 kg delov iz titana, kar ustreza 20 kg jeklenih delov; vsak sedež ventila iz titana v primerjavi z jeklenim sedežem ventila lahko zmanjša kakovost za približno 10 g; ojnica in ročična gred iz titanove zlitine, kar je najbolj učinkovito pri zmanjševanju kakovosti motorja.
Nad sistemom dušenja lahko vsaka vzmet iz titanove zlitine zmanjša kakovost jeklenih vzmeti za več kot 60%, 4 vzmetne vzmeti na izračun vozila, po zamenjavi vzmeti iz titanove zlitine lahko vsako vozilo zmanjša težo za 9~13,6 kg. Poleg tega je kakovost dušilca iz titanove zlitine le 5 ~ 6 kg, kar je 40 % lažje od dušilca iz nerjavečega jekla.
Vzemimo na primer običajno srednje veliko limuzino, če obstoječi avtomobilski deli iz titanove zlitine nadomestijo tradicionalne dele, bo splošna kakovost avtomobila približno 1500 kg od prvotnega zmanjšanja teže do približno 1000 kg, stopnja izgube teže do 30 %. Skupna poraba goriva se lahko zmanjša za več kot 20%, kar bo močno zmanjšalo svetovno porabo goriva in učinkovito ublažilo problem pomanjkanja energije in onesnaževanja okolja.
Zgornji podatki kažejo, da je uporaba titanove zlitine v avtomobilskem lahkem učinku očitna, v sodobni avtomobilski industriji bi morali še naprej razvijati titan in titanove zlitine pri uporabi tehnologije avtomobilskih delov in komponent, da bi povečali delež titanove zlitine v uporaba avtomobilov.
Trenutno je uporaba titanove zlitine v kitajski avtomobilski industriji še vedno le v poskusni fazi. Glavna težava je, da so stroški materiala iz titanove zlitine previsoki, delov pa ni enostavno obdelati.
Zato bi morala biti glavna naloga v prihodnosti znižanje cene delov iz titanove zlitine z razvojem poceni materialov iz titanove zlitine, zmanjšanje proizvodnih stroškov surovin iz titanove zlitine itd. in izboljšanje učinkovitosti obdelave delov iz titanove zlitine z izboljšanje tehnologije obdelave.
