Penerapan Titanium Alloy dalam Pembuatan Ringan Automobil

Titanium dan aloi titanium mempunyai ciri-ciri ketumpatan rendah, sifat mekanik yang sangat baik, keserasian bio yang baik, ketahanan kakisan, rintangan suhu tinggi, dan ketahanan suhu rendah yang baik. Pada masa ini, mereka telah banyak digunakan dalam pembuatan kenderaan. Ketumpatan aloi titanium hanya 60% daripada keluli, dan kekuatannya dapat mencapai lebih dari 800MPa. Ia masih mengekalkan sifat mekanik yang baik pada sekitar 500 ° C, dan sifat pengelasan dan pembentukannya baik. Ia telah digunakan dalam pembuatan kereta lumba lebih dari 20 tahun yang lalu. Menurunkan kualiti enjin perlumbaan dengan ketara, sekaligus meningkatkan prestasi enjin.

Pada masa ini, komponen aloi titanium yang digunakan dalam pembuatan kenderaan terutama didistribusikan dalam sistem ekzos kenderaan, sistem mesin, sistem pengurangan transmisi dan getaran, dan bagian rangka badan mobil.

1. Sistem ekzos

Bahan sistem ekzos kenderaan dikehendaki mempunyai sifat mekanik suhu tinggi yang baik dan tahan terhadap kakisan elemen S dan Cl. Komponen injap ekzos tradisional diperbuat daripada keluli tahan karat, tetapi didapati bahawa aloi titanium lebih sesuai untuk bahan injap ekzos dari segi prestasi.

Paip pengembalian titanium yang digunakan dalam kereta Chevrolet Corvette Z206 yang baru dengan berkesan mengelakkan kakisan pitting dan kakisan kimpalan pada paip keluli tahan karat, di samping meningkatkan kecekapan pembakaran bahan bakar dan kemampuan percepatan, dan memendekkan jarak pengereman.

Timet, pengeluar titanium terbesar di Amerika Syarikat, telah berkomitmen untuk penyelidikan dan pengembangan dan pembuatan sistem ekzos aloi titanium, dan banyak syarikat Jepun juga telah melakukan penyelidikan dan pengembangan yang berkaitan. Pada masa ini, Fuji Heavy Industries Co., Ltd. telah menghasilkan sejumlah 440 set sistem ekzos kenderaan aloi titanium. trakea.

2. Sistem Enjin

Sistem enjin kenderaan adalah bahagian aloi titanium yang paling banyak digunakan dalam bidang automobil. Penggunaan aloi titanium dalam sistem enjin terutamanya merangkumi injap, batang penghubung, poros engkol, tempat duduk injap dan bahagian lain.

Syarikat Honda Motor Jepun&# 39 menggunakan batang penghubung titanium palsu dalam enjin V-6 perlumbaan NSX; Mitsubishi Motors menggunakan tempat duduk spring injap titanium dalam enjin empat silinder berkapasiti tinggi, dan kereta Porsche juga menggunakan rod penghubung titanium.

(1) Injap

Dari segi injap aloi titanium, Amerika Syarikat dan Jepun telah melakukan banyak penyelidikan. Pada masa ini, Amerika Syarikat secara amnya menggunakan aloi Ti-6Al-4V untuk membuat injap pengambilan dan aloi Ti-6Al-2Sn-4Zr-2M untuk membuat injap ekzos; sementara di Jepun Toyota menggunakan aloi Ti-6Al-4V / Ti B untuk injap pengambilan dan aloi Ti-Al-Zr-Sn-Mo-Nb-Si / Ti B untuk injap ekzos. Jenis aloi titanium ini semua mempunyai sifat mekanik suhu tinggi yang baik, ketahanan pengoksidaan dan rintangan merayap, yang secara berkesan meningkatkan prestasi enjin dan mempercepat kenderaan.

(2) Tempat duduk injap

Tempat duduk injap aloi titanium telah digunakan secara meluas dalam kereta lumba dan sukan. Lebih daripada 250,000 set dihasilkan setiap tahun. Mereka terutamanya diperbuat daripada aloi Ti-6Al-4V atau Ti-5Al-2Cr-1Fe. Kerana bentuk tempat duduk injap relatif sederhana, ia digunakan dalam Keperluan pemesinan tidak tinggi, dan tidak diperlukan perawatan permukaan khusus, biayanya relatif murah, dan kesannya jelas dalam mengurangkan berat kereta.

(3) Batang penyambung

Penggunaan rod penghubung aloi titanium dapat mengurangkan kualiti enjin dengan berkesan dan meningkatkan prestasi kereta. Pada masa ini, bahan penyediaan utama adalah aloi Ti-6Al-4V. Japan Daido Co., Ltd. kini sedang mengembangkan aloi titanium dua fasa Ti-3Al-2V-0.2Si-0.47Ce-0.27La, yang mempunyai kebolehkerjaan yang baik dan sifat mekanik yang sangat baik, sifat keletihan dan ketahanan kakisan. , Ia diharapkan dapat digunakan pada bahagian batang penghubung mesin yang mempercepat dan melambat dengan cepat.

(4) Crankshaft

Walaupun crankshaft aloi titanium belum banyak digunakan pada masa ini, aloi Ti-3Al-2.5V yang dibangunkan khas oleh Jepun telah disahkan pada kereta lumba Honda. Walaupun mengurangkan kualiti secara berkesan, kelajuan mesin telah meningkat sebanyak 700r / min, yang membuktikan bahawa titanium Keunggulan crankshaft aloi. Pada masa yang sama, Jepun mempunyai crankshaft aloi Ti-5Al-2Cr-Fe yang dihasilkan secara percubaan, dan diharapkan aloi titanium akan lebih banyak digunakan dalam komponen poros engkol.

3. Sistem redaman

Komponen teras sistem suspensi redaman kenderaan adalah spring suspensi. Berbanding dengan keluli pegas automobil umum, aloi titanium mempunyai kekuatan spesifik yang lebih tinggi dan modulus ricih yang lebih rendah, dan kekuatan keletihan yang lebih tinggi, menjadikannya lebih sesuai untuk pembuatan mata air redaman kenderaan. Oleh kerana pesongan spring berkadar langsung dengan bilangan lilitan dan berbanding terbalik dengan modulus ricih bahan, spring aloi titanium memerlukan putaran lebih sedikit daripada spring keluli dengan syarat mencapai tindak balas spring yang sama, yang secara berkesan mengurangkan kualiti musim bunga. , Jimat ruang.

Pada masa yang sama, spring aloi titanium juga dapat meningkatkan frekuensi resonans spring dengan berkesan dan meningkatkan jangka hayatnya. Pada masa ini, kebanyakan mata air aloi titanium terbuat dari aloi titanium β fasa tunggal. Syarikat Volkswagen Jerman telah menggunakan mata air gear aloi titanium Lupo FSI di beberapa kereta, dan jumlahnya sekitar 3,500.

4. Kerangka badan

Dari segi komponen kerangka badan kereta, kekuatan spesifik yang lebih tinggi, ketumpatan yang lebih rendah dan ketahanan kakisan aloi titanium yang baik menunjukkan bahawa ia adalah bahan yang baik untuk menyediakan rangka badan kereta. Pada masa ini, beberapa syarikat automobil telah menggunakan aloi titanium pada bahagian seperti pendakap gear dan piston caliper brek. Di antara komponen transmisi, Jepun kini sedang mengembangkan proses pemintalan tinggi untuk menyediakan casing aloi titanium. Berbanding dengan selongsong keluli, selongsong aloi titanium dapat mengurangkan kesan roda roda dengan lebih baik dan mempunyai kesan bantalan yang lebih baik.

Selain itu, aloi titanium juga telah digunakan dalam pengikat automotif dan komponen lain. Dengan perkembangan berterusan teknologi penyediaan aloi titanium dan industri automotif, aloi titanium pasti akan lebih banyak digunakan di bahagian automotif.

5. Kepentingan aloi titanium terhadap kenderaan ringan

Institusi penyelidikan asing telah mengira dan mendapati bahawa apabila kualiti perkhidmatan&# 39 menurun sebanyak 10%, penggunaan bahan bakar dapat dikurangkan sebanyak 6% hingga 8%. Kajian juga menunjukkan bahawa untuk setiap penurunan berat badan sebanyak 91 kg, rata-rata 0.43km per liter bahan bakar dapat dilalui. Oleh itu, dengan perkembangan berterusan ekonomi negara saya&# 39 dan peningkatan jumlah kereta yang berterusan, kenderaan ringan telah menjadi salah satu cara penting untuk mengurangkan penggunaan tenaga dan mengurangkan pencemaran udara.

Bahan aloi titanium dan titanium kini digunakan secara meluas di bahagian kenderaan kerana sifat fizikal dan kimia yang sangat baik. Penggunaan bahan titanium bukan sahaja dapat meningkatkan prestasi dan faktor keselamatan kereta dengan berkesan, tetapi juga memainkan peranan penting dalam ringan kereta, mengurangkan kualiti servis kereta dengan berkesan dan mengurangkan penggunaan bahan bakar .

Dibandingkan dengan sistem keluli tahan karat tradisional, pemasangan pipa pemulung muncung titanium digunakan dalam sistem ekzos kereta, yang dapat menurunkan berat sekitar 8.2kg. Penggunaan produk aloi titanium untuk menggantikan bahan keluli tradisional dan besi tuang pada bahagian enjin seperti injap dan batang penghubung dapat mengurangkan kualiti enjin dengan berkesan.

Menurut penyelidikan industri automobil Jepun, penggunaan kira-kira 0.8kg bahan titanium untuk injap kuasa automotif setara dengan kesan 20kg bahagian keluli; setiap kerusi injap titanium dapat mengurangkan berat sekitar 10g berbanding dengan kerusi injap keluli; malah Rod dan crankshaft digunakan dalam aloi titanium, yang paling berkesan untuk mengurangkan jisim enjin.

Pada sistem peredam getaran, setiap spring aloi titanium dapat mengurangkan jisim lebih dari 60% berbanding dengan mata air keluli. Berdasarkan 4 mata air suspensi per kenderaan, setelah berubah menjadi mata air aloi titanium, setiap kenderaan dapat menurunkan berat badan sebanyak 9 ~ 13.6kg. Di samping itu, jisim peredam aloi titanium hanya 5 ~ 6kg, yang 40% lebih ringan daripada peredam keluli tahan karat.

Sebagai contoh, dengan menggunakan kereta bersaiz sederhana biasa, jika bahagian kereta aloi titanium yang ada digunakan untuk menggantikan bahagian tradisional, berat jalan kereta&# 39 akan dikurangkan dari sekitar 1500kg menjadi kira-kira 1000kg, pengurangan berat badan kadar boleh mencapai 30%, dan penggunaan bahan bakar keseluruhan dapat dikurangkan sebanyak 20%. Di atas, ini akan sangat mengurangkan penggunaan bahan bakar dunia, dan berkesan mengatasi masalah kekurangan tenaga dan pencemaran alam sekitar.

Data di atas menunjukkan bahawa penggunaan aloi titanium mempunyai kesan yang signifikan dalam mengurangkan berat kenderaan. Dalam industri automobil moden, teknologi aplikasi paduan titanium dan titanium di bahagian automobil harus terus dikembangkan untuk meningkatkan perkadaran aloi titanium dalam kenderaan.

Pada masa ini, penggunaan aloi titanium di industri kenderaan negara saya&# masih dalam peringkat percubaan. Masalah utama ialah kos bahan aloi titanium terlalu tinggi, dan bahagiannya sukar diproses.

Oleh itu, tugas utama di masa depan adalah untuk mengurangkan harga bahagian aloi titanium dengan mengembangkan bahan aloi titanium yang murah, mengurangkan kos pengeluaran bahan mentah aloi titanium, dan meningkatkan kecekapan pemprosesan bahagian aloi titanium dengan meningkatkan teknologi pemprosesan.

Pengalaman asing menunjukkan bahawa hanya gabungan reka bentuk dan pembuatan kenderaan dan penyelidikan dan pengembangan aloi titanium yang dapat memberikan bahan aloi titanium berkualiti tinggi untuk kenderaan.

Dipercayai bahawa dengan penyelidikan dan pengembangan yang mendalam, aloi titanium dan titanium akan memainkan peranan yang semakin penting dalam industri automobil moden negara saya dan mempromosikan perkembangan berterusan industri automobil.

Nicole