Titano taikymas automobilių pramonėje

Nors titano lydiniai buvo plačiai naudojami aviacijos, naftos chemijos ir laivų statybos pramonėje, jų taikymas automobilių pramonėje vystėsi lėtai. Pradedant nuo sėkmingo pirmojo titano automobilio „General Motors“ sukūrimo Jungtinėse Valstijose 1956 m., titano automobilių dalys masinės gamybos lygį pasiekė tik devintajame dešimtmetyje. Dešimtajame dešimtmetyje, kiekvienais metais didėjant prabangių automobilių, sportinių ir lenktyninių automobilių paklausai, titano automobilių dalys Gaminamos dalys sparčiai vystėsi. 1990 m. visame pasaulyje automobiliuose buvo sunaudota tik 50 t titano. 1997 metais ji pasiekė 500t. 2002 metais ji pasiekė 1100t. 2009 m. jis pasiekė 3,000t. Tikimasi, kad 2015 m. visame pasaulyje automobiliuose naudojamo titano kiekis viršys 5,{15}}t. Šiuo metu dažniausiai naudojamos šių tipų titano lydinio dalys.

1. Variklio švaistiklis
Titano lydinys yra ideali medžiaga švaistikliais. Variklio švaistikliai, pagaminti iš titano lydinio, gali efektyviai sumažinti variklio masę, pagerinti degalų efektyvumą ir sumažinti išmetamųjų dujų kiekį. Palyginti su plieniniais švaistikliais, titano švaistikliai gali sumažinti masę 15 % iki 2 0 %. Titano lydinio švaistikliai pirmą kartą atsispindėjo naujajame Italijos Ferrari sedane 3.5LV8 ir Acura NSX variklyje. Pagrindinės titano lydinio švaistikliuose naudojamos medžiagos yra Ti-6Al-4V, Ti-10V-2Fe-3Al, Ti-3 Al-2.0V ir Ti-4Al-4Mo-Sn-0.5Si. Kitos titano lydinio medžiagos, pvz., Ti-4Al. Taip pat kuriamas -2Si-4Mn ir Ti-7M-4Mo naudojimas švaistikliuose.
2.Variklio vožtuvas
Automobilių variklio vožtuvai, pagaminti iš titano lydinio, gali ne tik sumažinti masę ir pailginti tarnavimo laiką, bet ir sumažinti degalų sąnaudas bei pagerinti transporto priemonės patikimumą. Palyginti su plieniniais vožtuvais, titano vožtuvai gali sumažinti masę nuo 30% iki 40%, o variklio ribinį greitį galima padidinti 20%. Kalbant apie dabartinį pritaikymą, įsiurbimo vožtuvo medžiaga daugiausia yra Ti-6Al-4V, o išmetimo vožtuvo medžiaga daugiausia yra Ti-6242S. Paprastai Sn ir Al dedami kartu, kad būtų mažesnis trapumas ir didesnis stiprumas; Pridėjus Mo gali pagerinti titano lydinių terminio apdorojimo savybes, sustiprinti gesinimo ir senėjimo titano lydinių stiprumą ir padidinti kietumą. Kiti plėtros potencialą turintys titano lydiniai yra šie:
1) Įsiurbimo vožtuvas gali būti pagamintas iš Ti-62S, kurio savybės prilygsta Ti-6Al-4V ir yra pigesnės.
2) Išmetimo vožtuvas gali būti pagamintas iš Ti-6Al-2Sn-4.0Zr-0.4-Mo{{7} }.45Si. Dėl mažesnio Mo kiekio jo atsparumas šliaužimui yra geresnis nei Ti-6242S, o atsparumas oksidacijai gali siekti 600 laipsnių. .
3) Išmetimo vožtuvas gali būti pagamintas iš -TiAl, pasižyminčio atsparumu aukštai temperatūrai ir lengvu svoriu, tačiau jis netinka tradiciniams kalimo metodams apdorojimo metu. Jis tinka tik liejimui ir miltelinės metalurgijos apdorojimui.
3. Vožtuvo spyruoklės lizdas
Didelis stiprumas ir atsparumas nuovargiui yra būtinos vožtuvo spyruoklės lizdo savybės. Beta titano lydinys yra termiškai apdorotas lydinys, kuris gali įgyti didelį stiprumą senstant kietu tirpalu. Atitinkamos tinkamesnės medžiagos yra Ti-15V-3Cr- 3Al-3Sn ir Ti-15Mo-3Al-2 .7Nb-0.2Si. „Mitsubishi Motors“ naudoja Ti-22V-4Al titano lydinio vožtuvų spyruoklines lizdas savo didelės apimties gamybos transporto priemonėse, todėl masė sumažėja 42 %, palyginti su originaliomis plieninėmis spynomis, sumažėja vožtuvo inercinė masė. mechanizmas 6% ir padidina maksimalų variklio sūkių skaičių. 300 r/min.
4.Titano lydinio spyruoklė
Titanas ir jo lydiniai turi mažesnį tamprumo modulį ir didesnę σs/E vertę nei plieninės medžiagos, todėl jie tinkami elastingų komponentų gamybai. Palyginti su plieninėmis automobilių spyruoklėmis, naudojant tą patį elastingumą, titano spyruoklių aukštis yra tik 40% plieninių spyruoklių, o plieninių spyruoklių masė yra tik 30% - 40%, o tai palengvina automobilio kėbulo dizainą. Be to, puikios titano lydinio nuovargio savybės ir atsparumas korozijai gali pailginti spyruoklės tarnavimo laiką. Šiuo metu titano lydinio medžiagos, kurias galima naudoti automobilių spyruoklėms gaminti, yra Ti-4.5Fe6.8Mo-1.5Al ir Ti-13V11C-3Al.
5. Turbokompresorius
Turbokompresoriai gali pagerinti variklio degimo efektyvumą ir padidinti variklio galią bei sukimo momentą. Turbokompresoriaus turbinos rotorius turi ilgai dirbti aukštos temperatūros išmetamosiose dujose virš 850 laipsnių, todėl reikalingas geras atsparumas karščiui. Tradiciniai lengvieji metalai, tokie kaip aliuminio lydiniai, negali būti naudojami dėl žemos jų lydymosi temperatūros. Nors keraminės medžiagos yra naudojamos turbinų rotoriuose dėl jų lengvo svorio ir gero atsparumo aukštai temperatūrai, jų pritaikymas yra ribotas dėl didelių sąnaudų ir nesugebėjimo optimizuoti savo formos. Siekdami išspręsti šias problemas, Tetsui ir kiti sukūrė TiAl turbinos rotorių. Po daugelio bandymų buvo įsitikinta, kad jis ne tik pasižymi geru patvarumu ir efektyvumu, bet ir gali pagerinti variklio įsibėgėjimą. Šis dizainas buvo sėkmingai komercializuotas Mitsubishi Lancer Evolution serijoje.
6. Išmetimo sistema ir duslintuvas
Titanas plačiai naudojamas automobilių išmetimo sistemose. Iš titano ir jo lydinių pagamintos išmetimo sistemos gali ne tik pagerinti patikimumą, pailginti tarnavimo laiką ir pagerinti išvaizdą, bet ir sumažinti masę bei pagerinti kuro degimo efektyvumą. Palyginti su plieninėmis išmetimo sistemomis, titano išmetimo sistemos gali sumažinti masę maždaug 40%. Golf serijos automobiliuose titano išmetimo sistemos masę galima sumažinti nuo 7 iki 9 kg. Šiuo metu išmetimo sistemoje naudojama titano medžiaga daugiausia yra pramoninis grynas titanas.
Titaninis duslintuvas sveria tik 5–6 kg, tai yra lengvesnis už nerūdijančio plieno ir kitus duslintuvus. 2000 m. „Chevrolet Corvette Z06“ vietoj originalios 20 kg nerūdijančio plieno sistemos naudoja 11,8 kg sveriantį titano duslintuvą ir išmetimo vamzdžių sistemą, todėl masė sumažėja 41%. Pakeista sistema išlaiko savo tvirtumą, todėl automobilis tampa greitesnis, lankstesnis ir taupesnis. Duslintuve naudojama titano medžiaga taip pat daugiausia yra pramoninis grynas titanas.
7. Korpuso rėmo dalis
Siekiant pagerinti automobilių saugumą ir patikimumą, būtina atsižvelgti į projektavimo ir gamybos aspektus, ypač į gamybos medžiagas. Titanas yra labai gera medžiaga, naudojama automobilių kėbulų rėmams gaminti. Jis turi ne tik didelį specifinį stiprumą, bet ir gerą tvirtumą. Japonijoje automobilių gamintojai kėbulo rėmams gaminti renkasi iš gryno titano suvirintus vamzdžius. Dėl tokio rėmo vairuotojai vairuodami gali jaustis saugiai.
8. Kitos titano lydinio dalys
Be minėtų komponentų, titanas taip pat naudojamas variklio svirtims, pakabos spyruoklėms, variklio stūmoklių kaiščiams, automobilių tvirtinimo detalėms, veržlėms, automobilių durų išsikišusioms sijomis, automobilių pavarų kronšteinams, stabdžių apkabų stūmokliams, kaiščių varžtams, slėgiui. plokštės, perjungimo mygtukai ir automobilių sankabos diskai.

1.Privalumai

Titano lydiniai turi lengvo svorio, didelio specifinio stiprumo ir gero atsparumo korozijai pranašumus, todėl yra plačiai naudojami automobilių pramonėje. Titano lydiniai dažniausiai naudojami automobilių variklių sistemose. Titano lydinių naudojimas variklių dalims gaminti turi daug privalumų, daugiausia:
1) Mažas titano lydinio tankis gali sumažinti judančių dalių inercinę masę. Tuo pačiu metu titano vožtuvų spyruoklės gali padidinti laisvąją vibraciją, susilpninti automobilio kėbulo vibraciją, padidinti variklio sūkius ir išėjimo galią.
2) Sumažinkite judančių dalių inercinę masę, taip sumažindami trintį ir pagerindami variklio degalų naudojimo efektyvumą.
3) Pasirinkus titano lydinį, galima sumažinti susijusių dalių apkrovos įtampą ir sumažinti dalių dydį, taip sumažinant variklio ir visos transporto priemonės svorį.
4) Sumažinus komponentų inercinę masę, sumažėja vibracija ir triukšmas bei pagerėja variklio veikimas.
Titano lydinių naudojimas kituose komponentuose gali pagerinti personalo komfortą ir automobilių estetiką. Taikant automobilių pramonę, titano lydiniai suvaidino neišmatuojamą vaidmenį taupant energiją ir mažinant suvartojimą.
2. Taikymo apribojimai
Nors titano lydinio dalys pasižymi tokiomis pranašesnėmis savybėmis, dar reikia daug nuveikti, kol titanas ir jo lydiniai bus plačiai naudojami automobilių pramonėje. Priežastys yra didelės kainos, prastas formavimas ir prastos suvirinimo savybės.
Pastaraisiais metais tobulėjant titano lydinio artimos tinklinės formos technologijai ir šiuolaikinėms suvirinimo technologijoms, tokioms kaip elektronų pluošto suvirinimas, plazminis lankinis suvirinimas ir suvirinimas lazeriu, titano lydinių formavimo ir suvirinimo problemos nebėra pagrindiniai veiksniai, ribojantys titano naudojimą. lydiniai. Pagrindinė priežastis, kodėl ji plačiai naudojama automobilių pramonėje, yra didelė kaina.
Nesvarbu, ar tai būtų pradinis metalo lydymas, ar vėlesnis apdorojimas, titano lydinių kaina yra daug didesnė nei kitų metalų. Titano dalių, kurias automobilių pramonė gali priimti, kaina yra 8–13 USD/kg už švaistiklius, 13–20 USD už vožtuvus ir 8 USD už spyruokles, variklio išmetimo sistemas ir tvirtinimo detales. Mažiau USD/kg. Dabartinė dalių, pagamintų iš titano medžiagų, kaina yra daug didesnė už šias kainas. Titano plokščių gamybos savikaina dažniausiai yra didesnė nei 33 JAV doleriai/kg, tai yra 6–15 kartų didesnė nei aliuminio plokščių ir 45–83 kartus didesnė nei plieninių plokščių.