W ostatnich latach wraz z szybkim rozwojem przemysłu motoryzacyjnego problemy takie jak zużycie paliwa, ochrona środowiska i bezpieczeństwo coraz bardziej przyciągają uwagę opinii publicznej. Patrząc w przyszłość, przyszły kierunek przemysłu motoryzacyjnego skupi się na lekkiej, zmniejszonej zużyciu paliwa i niższej emisji. Według statystyk autorytatywnych organizacji międzynarodowych 60% energii spalania paliwa w samochodach jest konsumowane przez własną wagę pojazdu. Chociaż cienkie stalowe płytki o wysokiej wytrzymałości, aluminiowe, magnezowe, metalowe kompozyty macierzy i plastikowe żywice odegrały już rolę w zmniejszaniu masy pojazdu, pojawienie się przemysłowych materiałów tytanowych zapewniło lepszą opcję produkcji motoryzacyjnej.
Metal tytanowy oferuje zalety, takie jak niska gęstość, wysoka wytrzymałość specyficzna i doskonała odporność na korozję. Używanie tytanu w samochodach może znacznie zmniejszyć masę pojazdu, obniżyć zużycie paliwa, poprawić wydajność silnika i zwiększyć wydajność środowiska przy jednoczesnym zmniejszeniu hałasu. Jednak wysokie koszty stopów tytanowych ograniczyły ich zastosowanie przede wszystkim do luksusowych i sportowych samochodów, z rzadkim zastosowaniem w zwykłych pojazdach. Dlatego badanie i opracowanie tanich stopów tytanowych, które spełniają wymagania rynkowe, jest kluczem do promowania ich zastosowania w głównym nurcie pojazdów konsumenckich.
Obecne zastosowania stopów tytanowych w branży motoryzacyjnej
Chociaż stopy tytanu są szeroko stosowane w branży lotniczej, petrochemicznej i stoczniowej, ich zastosowanie w branży motoryzacyjnej było powolne. Począwszy od pierwszego samochodu All-Titanium opracowanego przez General Motors w 1956 r., Komponenty motoryzacyjne tytanu nie osiągnęły poziomów produkcji masowej dopiero w latach 80. W latach 90., wraz ze wzrostem popytu na luksusowe samochody, samochody sportowe i samochody wyścigowe, komponenty tytanu odnotowały szybki rozwój. Globalne użycie tytanu motoryzacyjnego wynosiło tylko 50 ton w 1990 r., Zwiększone do 500 ton w 1997 r., 1100 ton w 2002 r., A 3, 000 w 2009 roku. Przewiduje się przekroczenie 5, 000 do 2015 r.
Wędki łączące silnik:
Stopy tytanowe są idealnym wyborem do łączenia prętów. W pręty łączące tytan mogą skutecznie zmniejszyć masę silnika, poprawić efektywność paliwa i zmniejszyć emisję. W porównaniu do prętów stalowych pręty tytanowe mogą zmniejszyć wagę o 15–2 0%. Aplikacje obejmują silniki V8 3,5L V8 i Acura NSX. Wspólne materiały obejmują ti -6 al -4 v, ti -10 v -2 fe -3 al, ti -3 al -2. 0v, i i Ti -4 al -4 mo-sn -0. 5si.
Zawory silnika:
Zawory tytanu zmniejszają wagę, wydłuża żywotność usług, niższe zużycie paliwa i poprawiają niezawodność. W porównaniu z zaworami stalowymi zawory tytanu mogą zmniejszyć wagę o 30–40%i zwiększyć prędkość silnika o 20%. Wspólne materiały obejmują ti -6 al -4 v dla zaworów wlotowych i ti -6242 dla zaworów wydechowych. Inne obiecujące stopy obejmują ti -62 s i -tial.
Układacze sprężyny zaworu:
Wysoka wytrzymałość i odporność na zmęczenie są niezbędne dla ustalaczy sprężyny zaworu. Stopy beta tytanowe, takie jak ti -15 v -3 cr -3 al -3 sn i ti -15 MO -3 al -2. 7nb -0. 2Si. Mitsubishi użył ti -22 v -4 altaners, zmniejszając wagę o 42%.
Titanium Springs:
Stopy tytanowe mają niższy moduł sprężystości niż stal, co czyni je odpowiednimi do elastycznych elementów. Sprężyny tytanowe są o 30% –40% lżejsze niż stalowe sprężyny i oferują lepszą odporność na zmęczenie i korozję. Wspólne materiały obejmują ti -4. 5fe -6. 8mo -1. 5al i ti -13 v -11 cr -3 al.
Turbodoładowcy:
Turbodolenia poprawiają wydajność i moc silnika. Rotory turbinowe wymagają wysokiej odporności na ciepło, które dostarczają stopy tytanowe, takie jak Tial. Modele ewolucji Mitsubishi Lancer z powodzeniem skomercjalizowały wirniki turbin tial.
Układy wydechowe i tłumiki:
Tytan jest szeroko stosowany w układach wydechowych w celu poprawy niezawodności, przedłużenia żywotności, zmniejszenia wagi i zwiększenia oszczędności paliwa. Tytanowe układy wydechowe są 40% lżejsze niż systemy stalowe. Powszechnie stosuje się przemysłowy tytan.
Ramki ciała:
Wysoka siła i wytrzymałość tytanu sprawiają, że jest odpowiedni do ramek do ciała. W Japonii czyste rurki spawane tytanu są wykorzystywane do zwiększenia bezpieczeństwa i niezawodności.
Inne komponenty:
Tytan jest również stosowany w ramionach rockerowych silnika, sprężynach zawieszenia, szpilkach tłokowych, elementach złącznych, belkach drzwi, tłokach zacisku hamulcowego i płytach sprzęgła.
Zalety stopów tytanowych
Lekki: Zmniejsza masę pojazdu i poprawia oszczędność paliwa.
Wysoka siła specyficzna: Zwiększa wydajność i bezpieczeństwo.
Odporność na korozję: Rozszerza żywotność komponentu.
Redukcja hałasu i wibracji: Poprawia komfort jazdy.
Ograniczenia stopów tytanowych
Wysoki koszt: Podstawowa bariera dla powszechnego użytku w branży motoryzacyjnej.
Formalność i spawalność: Wyzwania związane z produkcją i przetwarzaniem.
Badania nad stopami tytanowymi motoryzacyjnymi
Obecne badania koncentrują się na obniżeniu kosztów przez:
Tanie systemy stopów: Rozwijanie stopów o niedrogich elementach, takich jak FE, CR, SI i Al.
Zaawansowane technologie przetwarzania: Kucie na zimno i metalurgia proszku (np., Melodowe formowanie wtryskowe) w celu zmniejszenia kosztów produkcji.
Wniosek
Następna generacja projektowania motoryzacyjnego podkreśla lekkie, zmniejszone zużycie paliwa, niższe hałas i zminimalizowane wibracje w celu spełnienia surowych wymagań środowiskowych. W tym kontekście tytan ma być głównym materialnym wyborem dla przyszłych pojazdów. Aby jeszcze bardziej obniżyć koszty, badania powinny koncentrować się na:
Opracowanie tanich systemów stopów przy minimalnym wykorzystaniu drogich elementów.
Rozwijające technologie tworzenia i tworzenia zimnych stopów beta tytanowych.
Zwiększenie technik metalurgii w proszku w celu poprawy wydajności i zmniejszenia kosztów.
W miarę wzrostu gospodarki i obniżenia kosztów tytanu coraz więcej inżynierów wybierze tytan dla komponentów motoryzacyjnych, umacniając swoją ważną rolę w branży motoryzacyjnej.
