През последните години, с бързото развитие на автомобилната индустрия, проблеми като разхода на гориво, опазването на околната среда и безопасността все повече привличат общественото внимание. Гледайки напред, бъдещата посока на автомобилната индустрия ще се съсредоточи върху леко тежи, намален разход на гориво и по -ниски емисии. Според статистиката на авторитетните международни организации 60% от енергията от изгарянето на гориво в автомобилите се консумират от собственото тегло на превозното средство. Въпреки че тънките стоманени плочи, алуминий, магнезий, метални матрични композити и пластмасови смоли вече играят роля за намаляване на теглото на превозното средство, появата на индустриални титанови материали предостави по-добър вариант за производство на автомобили.
Титановият метал предлага предимства като ниска плътност, висока специфична якост и отлична устойчивост на корозия. Използването на титан в автомобилите може значително да намали теглото на превозното средство, да понижава разход на гориво, да подобри ефективността на двигателя и да подобри ефективността на околната среда, като същевременно намалява шума. Въпреки това, високата цена на титанови сплави е ограничила приложението им предимно до луксозни и спортни автомобили, с рядка употреба в обикновените превозни средства. Следователно, изследването и разработването на нискотарифни титанови сплави, които отговарят на пазарните изисквания, е от ключово значение за насърчаването на приложението им в основните потребителски превозни средства.
Текущи приложения на титанови сплави в автомобилната индустрия
Въпреки че титановите сплави се използват широко в аерокосмическата, нефтохимическата и корабостроителната индустрия, приложението им в автомобилната индустрия е бавно. Започвайки с първия All-Titanium Car, разработен от General Motors през 1956 г., Titanium Automotive компоненти не достигат нива на масово производство до 80-те години. През 90 -те години, с нарастващото търсене на луксозни автомобили, спортни автомобили и състезателни автомобили, титанови компоненти се наблюдава бързо развитие. Global automotive titanium usage was only 50 tons in 1990, increased to 500 tons in 1997, 1,100 tons in 2002, and 3,000 tons in 2009. It is projected to exceed 5,000 tons by 2015. Currently, the following titanium alloy components are commonly used:
Свързващи пръти на двигателя:
Титановите сплави са идеален избор за свързващи пръти. Титановите свързващи пръти могат ефективно да намалят теглото на двигателя, да подобрят ефективността на горивото и да намалят емисиите. В сравнение със стоманените пръти, титаниевите пръти могат да намалят теглото с 15%-2 0%. Приложенията включват 3.5L V8 на Ferrari и двигателите на NSX на Acura. Общите материали включват ti -6 al -4 V, ti -10 V -2 fe -3 al, ti -3 al -2. 0V, и Ti -4 al -4 mo-sn -0. 5si.
Клапани на двигателя:
Титановите клапани намаляват теглото, удължават живота на обслужването, по -ниският разход на гориво и подобряват надеждността. В сравнение със стоманените клапани, титановите клапани могат да намалят теглото с 30%-40%и да увеличат скоростта на двигателя с 20%. Общите материали включват ti -6 al -4 V за всмукателни клапани и Ti -6242 S за изпускателни клапани. Други обещаващи сплави включват Ti -62 S и -тиал.
Задържане на пружина на клапана:
Високата якост и устойчивостта на умора са от съществено значение за фиксаторите на пружината на клапана. Бета титаниеви сплави, като ti -15 V -3 cr -3 al -3 sn и ti -15 mo -3 al -2. Mitsubishi е използвал Ti -22 V -4 al задържащи, намалявайки теглото с 42%.
Титанови извори:
Титановите сплави имат по -нисък еластичен модул от стоманата, което ги прави подходящи за еластични компоненти. Титановите пружини са с 30% -40% по -леки от стоманените пружини и предлагат по -добра умора и устойчивост на корозия. Общите материали включват ti -4. 5fe -6. 8mo -1. 5al и ti -13 v -11 cr -3 al.
Турбокомпресори:
Турбокомпресорите подобряват ефективността и мощността на двигателя. Турбинните ротори изискват висока топлинна устойчивост, която титановите сплави като тиал осигуряват. Моделите Mitsubishi Lancer Evolution успешно комерсиализираха турбинните ротори на Tial.
Изпускателни системи и заглушители:
Титанът се използва широко в изпускателните системи за подобряване на надеждността, удължаване на живота, намаляване на теглото и повишаване на ефективността на горивото. Титановите изпускателни системи са с 40% по -леки от стоманените системи. Обикновено се използва индустриален чист титан.
Телесни рамки:
Високата специфична якост и здравина на титана го прави подходящ за телесни рамки. В Япония се използват чисти титанови заварени тръби за повишаване на безопасността и надеждността.
Други компоненти:
Титанът се използва и в рамото на двигателя, изворите на окачването, щифтовете на буталото, крепежните елементи, гредите на вратите, буталата на спирачния апарат и плочите на съединителя.
Предимства на титанови сплави
Лек: Намалява теглото на превозното средство и подобрява ефективността на горивото.
Висока специфична сила: Подобрява производителността и безопасността.
Корозионна устойчивост: Удължава живота на компонента.
Намаляване на шума и вибрациите: Подобрява комфорта на шофиране.
Ограничения на титанови сплави
Висока цена: Основната бариера за широкото използване в автомобилната индустрия.
Формиране и заваряване: Предизвикателства в производството и обработката.
Изследване на автомобилните титанови сплави
Настоящото изследване се фокусира върху намаляване на разходите чрез:
Системи с нискотарифни лети: Разработване на сплави с евтини елементи като Fe, Cr, Si и Al.
Технологии за усъвършенствана обработка: Студено коване и прахообразна металургия (напр. Формулиране на инжектиране на метали) за намаляване на производствените разходи.
Заключение
Следващото поколение автомобилен дизайн набляга на леко тежест, намален разход на гориво, по -нисък шум и минимизирана вибрация, за да се отговори на строгите изисквания за околната среда. В този контекст титанът е готов да се превърне в основен материал за бъдещи превозни средства. За по -нататъшно намаляване на разходите, изследванията трябва да се съсредоточат върху:
Разработване на нискотарифни легирани системи с минимално използване на скъпи елементи.
Напредвайки технологии за коване и студено образуване на бета титанови сплави.
Подобряване на праховите металургични техники за подобряване на производителността и намаляване на разходите.
Тъй като икономиката нараства и титанът намалява, повече инженери ще изберат титан за автомобилни компоненти, затвърждавайки важната му роля в автомобилната индустрия.
