Titánová zliatina Astm B265 Gr2 v aplikáciách na výrobu ľahkých automobilov
Titán a zliatiny titánu sa vyznačujú nízkou hustotou, vynikajúcimi mechanickými vlastnosťami, dobrou biokompatibilitou, odolnosťou proti korózii, odolnosťou voči vysokej teplote, húževnatosťou pri nízkych teplotách atď., a sú široko používané v oblasti výroby automobilov. Hustota titánovej zliatiny je iba 60% ocele a pevnosť môže dosiahnuť viac ako 800 MPa, pri 500 stupňoch alebo tak si stále zachováva dobré mechanické vlastnosti a výkon zvárania a lisovania je lepší, pred viac ako 20 rokmi sa používa vo výrobe pretekárskych áut, čo výrazne znižuje kvalitu motora pretekárskeho auta a zároveň zlepšuje výkon motora.
V súčasnosti sú diely zo zliatiny titánu používané vo výrobe automobilov distribuované hlavne vo výfukovom systéme automobilu, systéme motora, prevodovke a systéme tlmenia vibrácií a častiach rámu karosérie.
1. Výfukový systém
Materiály automobilového výfukového systému musia mať dobré mechanické vlastnosti pri vysokých teplotách a odolnosť voči korózii voči prvkom S, Cl. Tradične sa komponenty výfuku vyrábali z nehrdzavejúcej ocele, no z hľadiska výkonu sa ukázali ako vhodnejšie zliatiny titánu.
Titánové spätné potrubie použité v novom automobile Chevrolet Corvette Z206 účinne predchádza problémom s jamkovou koróziou a koróziou zvarov, ktoré sa vyskytujú v potrubiach z nehrdzavejúcej ocele, a zároveň zlepšuje účinnosť spaľovania paliva a zrýchlenie a skracuje brzdnú dráhu.
Timet, najväčší výrobca titánu v USA, sa zaviazal k výskumu, vývoju a výrobe výfukových systémov z titánových zliatin, množstvo japonských spoločností tiež vykonalo súvisiace výskumné a vývojové práce a v súčasnosti Fuji Heavy Industries Co. , sro vyrobila limitovaný počet 440 sád výfukov z titánovej zliatiny pre automobily.
2. Systém motora
Automobilový motorový systém je najpoužívanejším dielom z titánovej zliatiny v automobilovej oblasti, titánová zliatina v motorovom systéme sa používa hlavne vo ventiloch, ojniach, kľukových hriadeľoch, sedlách ventilov a iných častiach.
Japonská spoločnosť Honda Motor Company použila kované titánové ojnice v pretekárskom motore NSX V-6; Mitsubishi Motors Corporation vyrábal veľkokapacitný štvorvalcový motor s titánovým sedlom ventilovej pružiny, automobily Porsche tiež používajú titánové ojnice.
(1) Ventily
Ventily zo zliatiny titánu, Spojené štáty a Japonsko vykonali veľa výskumných prác, v Spojených štátoch sa teraz bežne používajú sacie ventily na výrobu zliatiny Ti-6Al-4V, použitie Ti{{ 2}}Al-2Sn-4Zr-2výfukové ventily na výrobu zliatin Mo; a Toyota Japan je použitie zliatiny Ti-6Al-4V/Ti B na prípravu sacích ventilov, použitie zliatiny Ti-Al-Zr-Sn-Mo-Nb-Si/Ti B na pripraviť výfukové ventily. Tieto typy titánových zliatin majú lepšie vysokoteplotné mechanické vlastnosti, odolnosť proti oxidácii a tečeniu, čím účinne zlepšujú výkon motora a zvyšujú rýchlosť automobilu.
(2) Sedlo ventilu
Sedlo ventilu z titánovej zliatiny sa široko používa v pretekárskych a športových autách, pričom sa ročne vyrobí viac ako 250000 súprav, najmä s použitím Ti-6Al-4V alebo Ti{{4 Príprava zliatiny }}Al-2Cr-1Fe je vzhľadom na tvar sedla ventilu pomerne jednoduchá, takže požiadavky na obrábanie nie sú vysoké a nevyžaduje špeciálnu povrchovú úpravu, náklady je lacnejší a efekt zníženia hmotnosti automobilu je zrejmý.
(3) Spojovacia tyč
Použitie titánových ojníc môže účinne znížiť kvalitu motora a zlepšiť výkon auta. V súčasnosti je hlavným prípravným materiálom zliatina Ti-6Al-4V. Ltd. v súčasnosti vyvíja dvojfázovú titánovú zliatinu Ti-3Al-2V-0.5V.
Ti-3Al-2V-0.2Si-0.47Ce-0.27La, zliatina má dobrú opracovateľnosť, mechanické vlastnosti, únavové vlastnosti a odolnosť proti korózii tiež výborný, predpokladá sa využitie pri zrýchlení motora, spomalení ojničných komponentov.
(4) Kľukový hriadeľ
Kľukový hriadeľ z titánovej zliatiny sa v súčasnosti veľmi nepoužíva, ale špeciálne vyvinutá japonská zliatina Ti-3Al-2.5V bola overená na vyššie uvedenom pretekárskom aute Honda, čo zároveň účinne znižuje kvalitu, otáčky motora sa zvýšili o 700 ot./min., čo dokazuje nadradenosť kľukového hriadeľa z titánovej zliatiny. Japonsko zároveň testuje kľukový hriadeľ zo zliatiny Ti-5Al-2Cr-Fe, očakáva sa, že zliatina titánu v komponentoch kľukového hriadeľa bude rozšírenejšia.
3. Tlmiace systémy
Hlavnou súčasťou automobilového systému tlmenia vibrácií je pružina odpruženia. Titánová zliatina má vyššiu špecifickú pevnosť, nižší modul v šmyku a vyššiu únavovú pevnosť ako bežná oceľ pre automobilové pružiny, vďaka čomu je vhodnejšia na výrobu automobilových pružín tlmiacich vibrácie. Keďže priehyb pružiny a počet závitov sú navzájom úmerné a šmykový modul materiálu je nepriamo úmerný, pružiny z titánovej zliatiny vyžadujú na dosiahnutie rovnakej odozvy pružiny menej závitov ako oceľové pružiny, čo účinne znižuje kvalitu pružinami a šetrí miesto.
Pružiny z titánovej zliatiny zároveň dokážu efektívne zvýšiť aj rezonančnú frekvenciu pružiny a zlepšiť jej životnosť. V súčasnosti sa väčšina pružín z titánovej zliatiny vyrába z jednofázovej titánovej zliatiny. Nemecko Volkswagen použil titánové ozubené pružiny Lupo FSI v niektorých svojich autách, pričom ich využívalo asi 3500 áut.
4. Rám tela
Vysoká špecifická pevnosť, nízka hustota a dobrá odolnosť proti korózii zliatiny titánu v prípade komponentov rámu karosérie naznačujú, že ide o dobrý materiál na prípravu rámov karosérie. V súčasnosti niektoré automobilové spoločnosti používajú zliatiny titánu na komponenty, ako sú konzoly prevodoviek a piesty brzdových strmeňov. Komponenty prevodovky, Japonsko v súčasnosti vyvíja vysoko rotačnú metódu na prípravu škrupiny z titánovej zliatiny, v porovnaní s oceľovou škrupinou, škrupina z titánovej zliatiny lepšie znižuje vplyv zotrvačníka a má lepší tlmiaci účinok.
Okrem toho sa titánová zliatina používa aj v automobilových spojovacích materiáloch a iných komponentoch, s neustálym vývojom procesu prípravy titánovej zliatiny a automobilového priemyslu sa titánová zliatina bude používať v automobilových častiach a komponentoch.
5. Význam titánovej zliatiny pre odľahčenie automobilov
Zahraničné výskumné ústavy zistili, že keď celková kvalita automobilu klesne o 10%, spotreba paliva sa môže znížiť o 6%~8%. Existujú aj štúdie, ktoré dokazujú, že na každých 91 kg zníženia hmotnosti v aute je možné najazdiť v priemere o 0,43 km viac paliva na liter. Preto s neustálym rozvojom čínskej ekonomiky a zvyšujúcim sa počtom vlastníkov automobilov sa odľahčenie automobilov stalo jedným z najdôležitejších spôsobov zníženia spotreby energie a znečistenia ovzdušia.
Materiály titánu a titánových zliatin sa používajú vo veľkom množstve automobilových dielov vďaka ich vynikajúcim fyzikálnym a chemickým vlastnostiam. Použitie titánových materiálov nielen účinne zlepšuje výkon vozidla a bezpečnostný koeficient, ale tiež zohráva dôležitú úlohu pri odľahčení automobilu, čím sa účinne znižuje celková hmotnosť vozidla a znižuje sa spotreba paliva.
Automobilový výfukový systém využívajúci titánovú koncovku - montáž spätného potrubia v porovnaní s tradičným systémom z nehrdzavejúcej ocele, môže byť znížená hmotnosť o cca 8,2 kg a časti motora vo ventile, ojnici a ďalších komponentoch používajú produkty z titánovej zliatiny namiesto tradičnej ocele a liatiny materiály môžu účinne znížiť kvalitu motora.
Podľa výskumu japonského automobilového priemyslu sa na dosiahnutie tohto efektu použil automobilový ventil s približne 0,8 kg titánových častí, čo zodpovedá 20 kg oceľových častí; každé titánové sedlo ventilu v porovnaní s oceľovým sedlom ventilu môže znížiť kvalitu asi o 10 g; ojnica a kľukový hriadeľ používané v zliatine titánu, najúčinnejšie pri znižovaní kvality motora.
Nad systémom tlmenia môže každá pružina z titánovej zliatiny znížiť kvalitu oceľových pružín o viac ako 60%, 4 pružiny odpruženia na výpočet vozidla, po výmene pružín z titánovej zliatiny môže každé vozidlo znížiť hmotnosť o 9 ~ 13,6 kg. Okrem toho, kvalita tlmiča z titánovej zliatiny je len 5 ~ 6 kg, čo je o 40% ľahšie ako tlmič z nehrdzavejúcej ocele.
Zoberme si napríklad obyčajný stredne veľký sedan, ak existujúce diely z titánovej zliatiny nahradia tradičné diely, celková kvalita auta bude približne 1500 kg z pôvodného zníženia hmotnosti na približne 1000 kg, miera straty hmotnosti až 30%, celková spotreba paliva sa môže znížiť o viac ako 20 %, čím sa výrazne zníži svetová spotreba paliva a účinne sa zmierni problém nedostatku energie a znečistenia životného prostredia.
Vyššie uvedené údaje ukazujú, že použitie titánovej zliatiny v automobilovom odľahčenom efekte je zrejmé, v modernom automobilovom priemysle by sa malo pokračovať vo vývoji titánu a titánovej zliatiny pri aplikácii technológie automobilových dielov a komponentov, aby sa zvýšil podiel titánovej zliatiny v aplikácie automobilov.
V súčasnosti je aplikácia titánovej zliatiny v čínskom automobilovom priemysle stále iba v skúšobnej fáze. Hlavným problémom je, že náklady na materiál zliatiny titánu sú príliš vysoké a diely sa nedajú ľahko spracovať.
Hlavnou úlohou v budúcnosti by preto malo byť zníženie ceny dielov zo zliatiny titánu prostredníctvom vývoja lacných materiálov zo zliatin titánu, zníženie výrobných nákladov surovín zo zliatin titánu atď., A zlepšenie účinnosti spracovania dielov zo zliatiny titánu. zlepšenie technológie spracovania.
