Κατάσταση και προοπτικές τιτανίου και κραμάτων τιτανίου για αυτοκίνητα

Φαίνεται πλέον ότι τα αυτοκίνητα είναι ένα απαραίτητο μέσο μεταφοράς στη ζωή μας για περισσότερα από 100 χρόνια. Οι ιδιότητες του τιτανίου, όπως το μικρό βάρος και η υψηλή αντοχή, αποτελούν εδώ και καιρό το επίκεντρο των αυτοκινητοβιομηχανιών.

Το τιτάνιο χρησιμοποιείται στα αυτοκίνητα εδώ και πολλά χρόνια και τα αυτοκίνητα έχουν εξαντληθεί σχεδόν όλα φέτος. Ωστόσο, είναι η σημασία του κόστους του μέσου αυτοκινήτου για τη χρήση του τιτανίου που θα αποτελέσει αντικείμενο του μέλλοντος. Τα αυτοκίνητα (συμπεριλαμβανομένων των μοτοσυκλετών και των αυτοκινήτων με έκπτωση) είναι μια αναδυόμενη αγορά για το τιτάνιο.

Πλεονεκτήματα της χρήσης τιτανίου ως υλικού για ανταλλακτικά αυτοκινήτων: υψηλή αντοχή, χαμηλή πυκνότητα, μέτρο ελαστικότητας περίπου το μισό από αυτό του χάλυβα, χαμηλός συντελεστής θερμικής διαστολής, περίπου το μισό από ανοξείδωτο χάλυβα και αλουμίνιο, μη μαγνητικό, χαμηλή θερμική αγωγιμότητα και μη ρυπογόνα για το περιβάλλον. Επιπλέον, η χρήση τιτανίου στην αυτοκινητοβιομηχανία μπορεί να μειώσει σημαντικά το βάρος του αυτοκινήτου, να μειώσει την κατανάλωση καυσίμου, να βελτιώσει την απόδοση του αυτοκινήτου και να μειώσει τον θόρυβο. Σύμφωνα με τα δεδομένα δείχνουν ότι κάθε 10% μείωση του βάρους του αμαξώματος του αυτοκινήτου, μπορείτε να μειώσετε το 10% των εκπομπών καυσαερίων και να εξοικονομήσετε 7% της κατανάλωσης καυσίμου, έτσι το ελαφρύ βάρος του αυτοκινήτου θα παίξει "εξοικονόμηση ενέργειας, προστασία του περιβάλλοντος". αποτέλεσμα δύο πουλιών με μια πέτρα. Το τιτάνιο είναι το ιδανικότερο μέταλλο για την επίτευξη απώλειας βάρους.

1 κράμα τιτανίου σε εφαρμογές αυτοκινήτων

Τα ανταλλακτικά αυτοκινήτων από κράμα τιτανίου είναι κυρίως: κατασκευασμένα από πτερύγια στροφείου στροβίλου TiAl, με κράμα Ti-6Al-4V και άλλες μπιέλες, βαλβίδες κ.λπ. Προκειμένου να επιτευχθεί χαμηλό κόστος, η χρήση της μεθόδου μεταλλουργίας σκόνης για την προσθήκη κράματος τιτανίου. Τα σωματίδια TiB διασκορπίστηκαν με βάση το τιτάνιο MMC σε Ti-6Al-4Sn-4Zr-1Nb-1Mo-0.2Si{{10 }}.3C μήτρα κράματος και το υλικό χρησιμοποιήθηκε για την κατασκευή βαλβίδων κινητήρα.

Αυτό είναι ένα παράδειγμα εφαρμογής του υλικού ως νέο υλικό με βάση το τιτάνιο για βαλβίδες κινητήρων αυτοκινήτων. Εκτός από τις μπιέλες και τις βαλβίδες κινητήρα, το αρχικό χαμηλού κόστους κράμα τιτανίου LCB TIMETAL χρησιμοποιήθηκε για την κατασκευή ελατηρίων ανάρτησης για πρώτη φορά. Πρόσφατη πρόοδος στην ανάπτυξη κραμάτων τιτανίου χαμηλού κόστους για βαλβίδες κινητήρα και βαλβίδες εξαγωγής. Συγκεκριμένα, η ζήτηση για κράματα τιτανίου για συστήματα εξάτμισης μοτοσυκλετών (σιλανσιέ) έχει αυξηθεί, έτσι τα συστήματα εξάτμισης έχουν γίνει πιο δημοφιλή με την ανάπτυξη κραμάτων χαμηλού κόστους...

1.1 Βαλβίδες

Η παραγωγή βαλβίδων αυτοκινήτου από κράματα τιτανίου όχι μόνο μειώνει το βάρος, παρατείνει τη διάρκεια ζωής και είναι εξαιρετικά αξιόπιστη, αλλά εξοικονομεί και καύσιμο. Οι βαλβίδες εξαγωγής απαιτείται να περιέχουν μόλυβδο και κοβάλτιο εκτός από την αντίσταση στη θερμότητα και τη φθορά. Οι κατασκευαστές των ΗΠΑ χρησιμοποιούν κράματα τιτανίου, οι βαλβίδες εξαγωγής είναι πιο συνηθισμένες, οι βαλβίδες εισαγωγής είναι κατασκευασμένες από κράμα Ti-6Al-4V, ενώ οι βαλβίδες εξαγωγής από Ti-6Al-2 Sn-4Zn-2Κράμα Mo. Οι βαλβίδες εισαγωγής πυροσυσσωματωμένων που παράγονται από την Hitachi στην Ιαπωνία έχουν παραδοθεί στην αγορά της ιαπωνικής αυτοκινητοβιομηχανίας.

Το Howmet Foundry στις ΗΠΑ χρησιμοποιεί μεθόδους συνεχούς χύτευσης για την παραγωγή βαλβίδων, κάθε βαλβίδα έχει 1/4 βάρος τιτανίου και αναμένεται ότι 200 ​​εκατομμύρια νέα αυτοκίνητα διατίθενται στην πιθανή αγορά κάθε χρόνο και υπάρχει μια αγορά αντικατάστασης βαλβίδων 80 εκατομμύριο.

1.2 Έδρες βαλβίδας

Το πιο ευρέως χρησιμοποιούμενο εξάρτημα τιτανίου σε μηχανοκίνητα οχήματα και μηχανοκίνητα οχήματα είναι η έδρα βαλβίδας, με ετήσια παραγωγή άνω των 250,000 μονάδων, η οποία παράγεται γενικά σε Ti-6Al{-4 κράμα V και επίσης στην Ιαπωνία σε κράμα Ti-5Al-2Cr-1Fe. Λόγω του απλού σχήματος και του μικρού μεγέθους, υπάρχουν μηχανικές προσθήκες που είναι εύκολο να γίνουν και σχετικά φθηνές. Δεν χρειάζεται απαραίτητα ειδική επιφανειακή επεξεργασία, η έδρα της χαλύβδινης βαλβίδας μπορεί να μειωθεί κατά 10 έως 12.

1.3 Μπέλα τιτανίου

Η μπιέλα που χρησιμοποιεί κράμα τιτανίου για τη μείωση του βάρους του κινητήρα είναι η πιο αποτελεσματική, μπορεί να βελτιώσει σημαντικά την απόδοση. Το υλικό της μπιέλας είναι κυρίως Ti-6Al-4V, άλλα όπως Ti-7Al-4Mo, Ti-4Al-2Sn -4Mn, κ.λπ. είναι επίσης υπό ανάπτυξη.

1.4 Στροφαλοφόρος άξονας και άλλα μέρη κινητήρα

Οι στροφαλοφόροι άξονες από κράμα Ti-5Al-2Cr-Fe παράγονται δοκιμαστικά στην Ιαπωνία και αυτή η καμπύλη δεν είναι ακόμη πρακτική λόγω της ανάγκης για αντικολλητική επεξεργασία. Άλλα μέρη του κινητήρα, όπως βραχίονες, ελατήρια βαλβίδων, κάτω μπουλόνι σύνδεσης μπορούν επίσης να κατασκευαστούν από κράμα Ti-6Al-4V.

Ο ειδικά αναπτυγμένος στροφαλοφόρος άξονας από κράμα Ti-3Al-2.5V της Ιαπωνίας έχει χρησιμοποιηθεί σε λιμουζίνα 3.0-λίτρων τύπου V6NSX 280 ίππων και με τον ατσάλινο στροφαλοφόρο άξονα έχει η ίδια αντοχή σε κόπωση, μείωση βάρους 30%, η ταχύτητα του κινητήρα αυξήθηκε κατά 700R /. Η εφαρμογή αυτών των ερευνητικών αποτελεσμάτων δείχνει ότι το τιτάνιο έχει γίνει αποδεκτό και επεκτείνεται για χρήση στα αυτοκίνητα.

1.5 Αγωγός αέρα επιστροφής

Η χρήση του συγκροτήματος ακροφυσίου / σωλήνα αέρα επιστροφής από κράμα τιτανίου δεν υπόκειται σε διάβρωση που προκαλείται από εκπομπές χλωριούχου θείου και καυσαερίων, το σύστημα εξάτμισης δεν τρυπώνει, ακόμη και στη συγκόλληση δεν είναι διαβρωτικό, σε σύγκριση με τα παραδοσιακά υλικά του συστήματος εξάτμισης και τον ανοξείδωτο χάλυβα μπορεί να μειωθεί κατά 40% για να μειώσει το βάρος του υλικού και να βελτιώσει την οικονομία καυσίμου, να επιταχύνει ταχύτερη και μικρότερη απόσταση πέδησης. Λόγω του υψηλού κόστους του τιτανίου, η Titanium Metals Corporation of America (Timet) έχει αναπτύξει μια ειδική επεξεργασία επιφάνειας που επιτρέπει την παραγωγή εξαρτημάτων που συμβάλλουν στην κάλυψη των προτύπων κόστους των αυτοκινητοβιομηχανιών. Σωλήνωση τιτανίου έχει εφαρμοστεί στο νέο sedan Chevrolet Corvette Z06.

1.6 Ελατήρια ανάρτησης

Σε σύγκριση με τα χαλύβδινα ελατήρια που χρησιμοποιούνται σε οχήματα γενικής χρήσης, τα ελατήρια τιτανίου προσφέρουν τα πλεονεκτήματα του μικρού βάρους, της αντοχής στη διάβρωση και του χαμηλού συντελεστή διάτμησης. Το Timet σχεδιάστηκε για να ανταποκρίνεται στις απαιτήσεις κόστους και συναρμολόγησης εξαρτημάτων των κατασκευαστών ελατηρίων ανάρτησης αυτοκινήτων, διατηρώντας τις εξαιρετικές ιδιότητες της αεροδιαστημικής ελατήρια από κράμα τιτανίου με σημαντικά μειωμένο κόστος. Οι αρχικές ποσότητες παραγωγής ήταν μικρές για τα νέα ελατήρια ανάρτησης με γρανάζια FSI Lupo από τη Volkswagen Europe. Η Timet και η Volkswagen ανακοίνωσαν τον Ιανουάριο του 2001 την εισαγωγή ελατηρίων ανάρτησης τιτανίου στο όχημα FSI Lupo 2001, εκ των οποίων αναμένεται μια σειρά παραγωγής 3.500.

Τα ελατήρια από τιτάνιο μπορούν να μειώσουν το βάρος του χάλυβα κατά 70 έως 60 τοις εκατό. Σε ένα τυπικό οικογενειακό αυτοκίνητο έξι έως πέντε οχημάτων κατασκευής ΗΠΑ, μπορεί να επιτευχθεί εξοικονόμηση βάρους από 9 κιλά έως 13,6 κιλά ανά όχημα με τη χρήση τεσσάρων ελατηρίων ανάρτησης.

Ο σιγαστήρας τιτανίου 1.7 ζυγίζει μόνο 5 έως 6 κιλά, πολύ λιγότερο από έναν σιγαστήρα από ανοξείδωτο χάλυβα και είναι απλός στη χρήση. Η ζήτηση για τιτάνιο στην ιαπωνική αυτοκινητοβιομηχανία (η πραγματική ζήτηση το 1999 ήταν 457 τόνοι) είναι βασικά για σιγαστήρες, οι οποίοι χρησιμοποιούνται κυρίως σε μεγάλα αυτοκίνητα (πάνω από 900cc). Οι τέσσερις μεγάλοι κατασκευαστές της Ιαπωνίας, συμπεριλαμβανομένων των Honda και Suzuki, έχουν υιοθετήσει σιγαστήρες από κράμα τιτανίου. Το τιτάνιο χρησιμοποιείται κυρίως για μεγάλα σιγαστήρες αυτοκινήτων και μεμονωμένα αυτοκίνητα μεσαίου μεγέθους. Είναι η αξιολόγηση της αντοχής στη διάβρωση, της αντοχής και του σχεδιασμού της επιφάνειας του τιτανίου κ.λπ..