Dalam tahun -tahun kebelakangan ini, dengan perkembangan pesat industri kereta, penggunaan bahan api, isu perlindungan alam sekitar dan keselamatan yang dihasilkan oleh kereta telah menarik perhatian yang semakin meningkat. Melihat ke arah pembangunan masa depan industri kereta, ringan, penggunaan bahan api yang rendah dan pelepasan yang rendah adalah tema pembangunan. Menurut statistik dari jabatan berwibawa antarabangsa, 60% daripada tenaga pembakaran bahan api kereta dimakan oleh beratnya sendiri. Walaupun plat keluli nipis berkekuatan tinggi, aluminium, magnesium, bahan komposit berasaskan logam dan bahan resin plastik telah memainkan peranan dalam mengurangkan berat kereta, kemunculan bahan titanium perindustrian telah menjadikan pembuatan kereta yang lebih baik.
Titanium logam mempunyai kelebihan ketumpatan rendah, kekuatan khusus yang tinggi dan rintangan kakisan yang baik. Penggunaan bahan titanium dalam kereta dapat mengurangkan berat badan kereta, mengurangkan penggunaan bahan api, meningkatkan kecekapan kerja enjin, memperbaiki alam sekitar dan mengurangkan bunyi bising. Walau bagaimanapun, harga yang tinggi menjadikan aloi titanium hanya mempunyai beberapa aplikasi dalam model mewah dan kereta sukan dalam industri kereta, dan jarang di dalam kereta biasa. Oleh itu, penyelidikan dan pembangunan aloi titanium kos rendah yang memenuhi keperluan pasaran adalah kunci untuk mempromosikan permohonannya dalam kereta isi rumah biasa.
Aplikasi semasa aloi titanium dalam industri automotif
Walaupun aloi titanium telah digunakan secara meluas dalam industri aeroangkasa, petrokimia dan pembuatan kapal, permohonan mereka dalam industri automotif telah berkembang dengan perlahan. Sejak pembangunan kereta All-Titanium yang berjaya oleh General Motors di Amerika Syarikat pada tahun 1956, Titanium Auto Parts tidak mencapai tahap pengeluaran besar-besaran sehingga tahun 1980-an. Pada tahun 1990 -an, dengan peningkatan permintaan untuk kereta mewah, kereta sukan dan kereta lumba, bahagian titanium telah berkembang pesat. Pada tahun 1990, jumlah titanium yang digunakan dalam kereta di seluruh dunia hanya 50 tan, yang mencapai 500 tan pada tahun 1997, 1100 tan pada tahun 2002, dan 3000 tan pada tahun 2009. Ia dijangka bahawa jumlah titanium yang digunakan dalam kereta di seluruh dunia akan melebihi 5000 tan pada tahun ini.
1. Enjin menghubungkan batang
Aloi Titanium adalah pilihan yang ideal untuk menghubungkan bahan rod. Rod penyambung enjin yang diperbuat daripada aloi titanium dapat mengurangkan jisim enjin dengan berkesan, meningkatkan kecekapan bahan api dan mengurangkan jumlah ekzos. Berbanding dengan batang penyambung keluli, rod penyambung titanium dapat mengurangkan jisim sebanyak 15% hingga 2 0%. Penggunaan aloi titanium yang menyambung rod pertama kali dicerminkan dalam enjin Ferrari 3.5LV8 dan Acura NSX yang baru. Bahan -bahan yang digunakan untuk aloi titanium yang menghubungkan rod terutamanya ti -6 al -4 v, ti -10 v -2 Ti -4 al -4 mo-sn -0. batang.
2. Injap enjin
Injap enjin kereta yang diperbuat daripada aloi titanium bukan sahaja dapat mengurangkan berat badan dan memanjangkan hayat perkhidmatan, tetapi juga mengurangkan penggunaan bahan api dan meningkatkan kebolehpercayaan kereta. Berbanding dengan injap keluli, injap titanium dapat mengurangkan berat badan sebanyak 30%hingga 40%, dan kelajuan had enjin dapat ditingkatkan sebanyak 20%. Setakat aplikasi semasa, bahan injap pengambilan terutamanya Ti -6 al -4 V, dan bahan injap ekzos terutamanya Ti -6242 s. Biasanya Sn dan Al ditambah bersama untuk mendapatkan kelembutan yang lebih rendah dan kekuatan yang lebih tinggi; Penambahan MO dapat meningkatkan prestasi rawatan haba aloi titanium, meningkatkan kekuatan aloi titanium yang dipadamkan dan berumur, dan meningkatkan kekerasan. Aloi titanium lain dengan potensi pembangunan adalah:
1) Injap pengambilan boleh dibuat dari Ti -62 s, yang mempunyai ciri -ciri yang sama seperti Ti -6 al -4 V dan lebih murah.
2) Injap ekzos boleh dibuat dari Ti -6 al -2 sn -4. 0 zr -0. 4- mo -0. Oleh kerana kandungan MO yang lebih rendah, rintangan merayapnya lebih baik daripada Ti -6242 s, dan suhu rintangan pengoksidaan dapat mencapai 600 darjah.
3) Injap ekzos boleh dibuat daripada -Tial, yang mempunyai ciri -ciri rintangan suhu tinggi dan ringan, tetapi ia tidak sesuai untuk diproses dengan kaedah penempaan tradisional, dan hanya sesuai untuk pemutus dan metalurgi serbuk.
3. Kerusi Spring Valve
Kekuatan yang tinggi dan rintangan keletihan adalah sifat yang mesti dimiliki oleh kerusi musim bunga injap. -Titanium aloi adalah aloi yang boleh dirawat haba yang dapat memperoleh kekuatan yang tinggi melalui rawatan penuaan penyelesaian pepejal. Bahan -bahan yang lebih sesuai adalah Ti -15 V -3 cr -3 al -3 sn dan Ti -15 mo -3 al -2. Mitsubishi Motors menggunakan ti -22 v -4 al Titanium aloi injap spring kerusi pada kereta yang dihasilkan secara massal, yang mengurangkan jisim sebanyak 42% berbanding dengan kunci keluli asal, mengurangkan jisim inersia mekanisme injap sebanyak 6%, dan meningkatkan kelajuan enjin maksimum sebanyak 300/min.
4. Spring aloi titanium
Titanium dan aloinya mempunyai modulus elastik yang lebih rendah dan nilai σs/e yang besar berbanding bahan keluli, dan sesuai untuk pembuatan komponen elastik. Berbanding dengan mata air kereta keluli, di bawah premis kerja elastik yang sama, ketinggian mata air Titanium hanya 40% dari mata air keluli, dan jisim hanya 30% hingga 40% dari mata air keluli, yang mudah untuk reka bentuk badan. Di samping itu, prestasi keletihan yang sangat baik dan rintangan kakisan aloi titanium dapat meningkatkan hayat perkhidmatan mata air. Pada masa ini, bahan aloi titanium yang boleh digunakan untuk mengeluarkan mata air automotif termasuk Ti -4. 5Fe6.8mo -1.
5. Turbocharger
Turbocharger boleh meningkatkan kecekapan pembakaran enjin dan meningkatkan kuasa dan tork enjin. Pemutar turbin turbocharger perlu bekerja dalam gas ekzos suhu tinggi di atas 850 darjah untuk masa yang lama, jadi ia memerlukan rintangan haba yang baik. Logam cahaya tradisional seperti aloi aluminium tidak boleh digunakan kerana titik lebur yang rendah. Walaupun bahan seramik digunakan dalam rotor turbin kerana berat ringan dan rintangan suhu tinggi yang baik, aplikasi mereka terhad kerana kos yang tinggi dan ketidakupayaan untuk mengoptimumkan bentuknya. Untuk menyelesaikan masalah ini, Tetsui et al. membangunkan pemutar turbin tial. Selepas banyak ujian dan pengesahan, ia bukan sahaja mempunyai ketahanan dan kecekapan yang baik, tetapi juga dapat meningkatkan pecutan enjin. Reka bentuk ini telah berjaya dikomersialkan dalam siri Mitsubishi Lancer Evolution.
6. Sistem ekzos dan muffler
Titanium digunakan dalam jumlah besar dalam sistem ekzos kereta. Sistem ekzos yang diperbuat daripada titanium dan aloinya bukan sahaja dapat meningkatkan kebolehpercayaan, memanjangkan kehidupan dan meningkatkan penampilan, tetapi juga mengurangkan berat badan dan meningkatkan kecekapan pembakaran bahan api. Berbanding dengan sistem ekzos keluli, sistem ekzos titanium dapat mengurangkan berat badan sebanyak kira -kira 40%. Dalam siri golf kereta, berat sistem ekzos titanium dapat dikurangkan sebanyak 7 hingga 9 kg. Pada masa ini, titanium yang digunakan dalam sistem ekzos adalah terutamanya titanium murni industri.
Berat muffler titanium hanya 5 hingga 6 kg, yang lebih ringan daripada muffler seperti keluli tahan karat. 2000 Chevrolet Corvette Z06 menggunakan sistem muffler dan tailpipe 11.8 kg untuk menggantikan sistem keluli tahan karat 20 kg asal, mengurangkan berat sebanyak 41%. Kekuatan sistem yang diganti tetap tidak berubah, dan kereta lebih cepat, lebih fleksibel dan cekap bahan api. Titanium yang digunakan dalam muffler juga terutama titanium murni industri.
7. Bahagian bingkai badan
Untuk meningkatkan keselamatan dan kebolehpercayaan kereta, adalah perlu untuk mempertimbangkan aspek reka bentuk dan pembuatan, terutamanya bahan pembuatan. Titanium adalah bahan yang baik untuk membuat bingkai badan. Ia bukan sahaja mempunyai kekuatan khusus yang tinggi, tetapi juga mempunyai ketangguhan yang baik. Di Jepun, pengeluar kereta memilih tiub dikimpal logam titanium tulen untuk membuat bingkai badan, yang boleh membuat pemandu berasa selamat ketika memandu.
8. Bahagian aloi titanium lain
Sebagai tambahan kepada bahagian -bahagian di atas, titanium juga digunakan dalam lengan rocker enjin, mata air penggantungan, pin omboh enjin, pengikat automotif, kacang lug, rasuk protrusi pintu kereta, kurungan berhenti kereta, piston caliper brek, bolt pin, plat tekanan, butang peralihan dan cakera klac kereta dan bahagian automotif lain.
Permohonan aloi titanium
1. Kelebihan
Aloi titanium mempunyai kelebihan berat ringan, kekuatan khusus yang tinggi dan rintangan kakisan yang baik, jadi ia digunakan secara meluas dalam industri automotif. Aloi titanium yang paling banyak digunakan ialah sistem enjin automotif. Terdapat banyak manfaat untuk menggunakan aloi titanium untuk mengeluarkan bahagian enjin, terutamanya yang ditunjukkan dalam:
1) Ketumpatan rendah aloi titanium dapat mengurangkan jisim inersia bahagian bergerak. Pada masa yang sama, mata air injap titanium dapat meningkatkan getaran bebas, mengurangkan getaran badan kereta, dan meningkatkan kelajuan enjin dan kuasa output.
2) Kurangkan jisim inersia bahagian yang bergerak, dengan itu mengurangkan geseran dan meningkatkan kecekapan bahan api enjin.
3) Pilihan aloi titanium dapat mengurangkan tekanan beban bahagian yang berkaitan dan mengurangkan saiz bahagian, dengan itu mengurangkan berat enjin dan seluruh kenderaan.
4) Pengurangan jisim inersia bahagian mengurangkan getaran dan bunyi bising, dan meningkatkan prestasi enjin.
Penggunaan aloi titanium di bahagian lain dapat meningkatkan keselesaan kakitangan dan keindahan kereta. Dalam penerapan industri automotif, aloi Titanium memainkan peranan yang tidak dapat diukur dalam pengurangan tenaga dan penggunaan tenaga.
2. Sekatan permohonan
Walaupun bahagian aloi titanium mempunyai prestasi unggul seperti itu, masih ada cara yang jauh untuk pergi sebelum titanium dan aloinya digunakan secara meluas dalam industri automotif. Sebabnya termasuk harga mahal, kebolehbagaian yang lemah dan prestasi kimpalan yang lemah.
Dengan perkembangan teknologi pembentukan titanium titanium dan teknologi kimpalan moden seperti kimpalan rasuk elektron, kimpalan arka plasma, dan kimpalan laser pada tahun-tahun kebelakangan ini, masalah pembentukan dan kimpalan aloi titanium tidak lagi menjadi faktor utama yang menyekat penggunaan aloi titanium. Sebab utama yang menghalang aplikasi aloi titanium yang meluas dalam industri automotif masih merupakan kos yang tinggi.
Sama ada peleburan awal logam atau pemprosesan berikutnya, harga aloi titanium jauh lebih tinggi daripada logam lain. Kos bahagian titanium yang boleh diterima untuk industri automotif adalah 8 hingga 13 dolar AS/kg untuk titanium yang menghubungkan batang, 13 hingga 20 dolar AS/kg untuk injap titanium, dan kurang daripada 8 dolar AS/kg untuk mata air titanium, sistem ekzos enjin dan pengikat. Walau bagaimanapun, kos bahagian yang dihasilkan dengan bahan titanium jauh lebih tinggi daripada harga ini. Kos pengeluaran plat titanium kebanyakannya lebih tinggi daripada 33 dolar AS/kg, iaitu 6 hingga 15 kali plat aluminium dan 45 hingga 83 kali dari plat keluli.
Status penyelidikan semasa mengenai aloi titanium untuk kereta
Pada masa ini, mengurangkan kos adalah arah penyelidikan utama aloi titanium untuk industri automotif. Memandangkan ciri-ciri pengagihan kos aloi titanium untuk industri automotif, pekerja penyelidikan dan pembangunan bahan terutamanya mencapai tujuan mengurangkan kos dari dua aspek berikut: membangunkan sistem aloi kos rendah baru dan menggunakan teknologi pemprosesan dan penyediaan baru.
1. Sistem aloi titanium kos rendah baru
Pekerja dari pelbagai negara telah membangunkan sistem aloi titanium kos rendah baru, terutamanya memberi tumpuan kepada aspek berikut: Reka bentuk aloi menggunakan unsur aloi murah dan reka bentuk aloi untuk meningkatkan ciri-ciri pemprosesan. Antaranya, Jepun dan Amerika Syarikat adalah wakil, dan negara saya juga berjaya membangunkan dua aloi titanium kos rendah, iaitu TI8LC dan TI12LC. Dalam reka bentuk komponen aloi titanium kos rendah untuk kereta, elemen aloi murah yang biasa digunakan ialah Fe, Cr, Si, Al, dll.
2. Teknologi pemprosesan dan penyediaan baru
Kos pemprosesan bahan aloi titanium menyumbang lebih daripada 60% daripada jumlah kos semasa proses pengeluaran. Oleh itu, dari segi mengurangkan kos, bagaimana untuk mengurangkan kos pemprosesan aloi titanium telah menjadi arah penyelidikan utama. Penyelidikan di kawasan ini terutamanya dibahagikan kepada dua aspek: satu adalah untuk memperbaiki proses pemutus dan penempaan tradisional, dan yang lain adalah menggunakan teknologi pembentukan metalurgi serbuk.
Dalam penyelidikan dan pembangunan proses penempaan baru, penempaan sejuk kini merupakan salah satu kaedah yang paling menjanjikan untuk aloi titanium untuk mengeluarkan bahagian automotif. -Titanium aloi mempunyai rintangan ubah bentuk yang rendah pada suhu bilik dan pemprosesan dan pembentukan pemotongan yang baik. Ia adalah bahan yang boleh menjadi sejuk. Pada masa ini, Jepun telah membangunkan tiga aloi -titanium yang deformasi sejuk. -Titanium aloi juga mempunyai beberapa kekurangan. Adalah mudah untuk menghasilkan ubah bentuk yang tidak sekata semasa penempaan sejuk dan mudah mematuhi acuan. Oleh itu, pengeluaran besar -besaran bahagian aloi -titanium menggunakan teknologi penempaan sejuk memerlukan penerokaan dan pembangunan selanjutnya.
Dari segi mengurangkan kos pemprosesan aloi titanium, metalurgi serbuk adalah teknologi yang sangat penting. Dalam pembuatan bahagian automotif metalurgi serbuk, kaedah penindasan tradisional masih dominan, terutamanya termasuk kaedah serbuk elemen (BE) dan kaedah serbuk pra-aloi (PA). Pada masa ini, kaedah serbuk elemen adalah yang paling banyak digunakan dalam bidang metalurgi serbuk aloi automotif kos rendah kerana proses mudah dan kos yang lebih rendah. Dalam tahun -tahun kebelakangan ini, teknologi metalurgi serbuk lain juga telah muncul, termasuk teknologi pembentukan laser, pengacuan suntikan serbuk logam (MIM) dan teknologi lain, yang telah digunakan secara meluas dalam pengeluaran percubaan dan pengeluaran bahagian automotif yang kompleks, yang dapat memendekkan pembangunan produk dan kitaran pengeluaran dan mengurangkan kos.
Kesimpulan
Generasi baru reka bentuk kereta memberi perhatian lebih kepada badan ringan, penggunaan bahan api yang rendah, bunyi yang rendah dan getaran ringan enjin untuk memenuhi keperluan alam sekitar yang semakin ketat. Dalam konteks ini, titanium logam ringan akan menjadi bahan permohonan utama untuk kereta masa depan.
Mengambil kira status semasa penyelidikan aloi titanium kos rendah untuk kereta, dapat dijumpai bahawa untuk mengurangkan kos aloi titanium untuk kereta, penyelidikan berikut harus difokuskan pada:
1) Dalam pembangunan sistem aloi kos rendah, cuba untuk membangunkan sistem aloi yang tidak menggunakan atau menggunakan unsur aloi yang kurang mahal tanpa menjejaskan prestasi, dan pada masa yang sama, sepenuhnya mengembangkan dan menggunakan aloi titanium yang dikitar semula.
2) Dalam pembangunan proses pemutus dan penempaan, berkembang ke arah membangunkan aloi titanium dan aloi titanium yang deformasi sejuk, dan menjalankan kajian kemungkinan mengenai pengeluaran besar -besaran mereka.
3) Dalam metalurgi serbuk, sambil memastikan kelebihan kos rendah, adalah perlu untuk meningkatkan lagi prestasi bahagian titanium.
Dengan pembangunan ekonomi dan pengurangan kos titanium, lebih banyak pereka kejuruteraan akan memilih bahagian titanium sebagai bahagian automotif. Aloi Titanium akhirnya akan menduduki kedudukan penting dalam pengeluaran industri automotif.
