Останніми роками, при швидкому розвитку автомобільної промисловості, такі проблеми, як споживання палива, охорона навколишнього середовища та безпека, все частіше привертають увагу громадськості. Забігаючи наперед, майбутній напрямок автомобільної промисловості буде зосереджено на легкій вазі, зменшеному споживанні палива та зниженні викидів. Згідно зі статистикою авторитетних міжнародних організацій, 60% енергії від спалювання палива в автомобілях споживається власною вагою автомобіля. Незважаючи на те, що високоміцні тонкі сталеві пластини, алюміній, магній, композити металевих матриць та пластикові смоли вже відігравали роль у зменшенні ваги транспортних засобів, поява промислових титанових матеріалів забезпечила кращий варіант для виробництва автомобілів.
Титановий метал пропонує такі переваги, як низька щільність, висока специфічна міцність та відмінна корозійна стійкість. Використання титану в автомобілях може значно знизити вагу транспортного засобу, знизити споживання палива, підвищити ефективність двигуна та підвищити ефективність навколишнього середовища, зменшуючи шум. Однак висока вартість титанових сплавів обмежила їх застосування насамперед розкішними та спортивними автомобілями, з рідкісним використанням у звичайних транспортних засобах. Тому дослідження та розробка недорогих титанових сплавів, які відповідають потребам ринку, є ключовим для просування їх застосування в основних споживчих транспортних засобах.
Поточні програми титанових сплавів у автомобільній промисловості
Хоча титанові сплави широко використовуються в аерокосмічній, нафтохімічній та суднобудівній галузях, їх застосування в автомобільній промисловості було повільним. Починаючи з першого автомобіля, розробленого General Motors у 1956 році, автомобільні компоненти Titanium не досягли рівнів масового виробництва до 1980-х. У 90 -х роках із зростаючим попитом на розкішні автомобілі, спортивні машини та гоночні машини, компоненти титану побачили швидкий розвиток. Глобальне використання автомобільного титану становило лише 50 тонн у 1990 році, збільшилося до 500 тонн у 1997 році, 1100 тонн у 2002 році та 3, 000 тонн у 2009 році. В даний час до 2015 року.
Двигун, що з'єднують стрижні:
Титанові сплави - ідеальний вибір для з'єднувальних стрижнів. Титанові штуки можуть ефективно знизити вагу двигуна, підвищити ефективність палива та зменшити викиди. Порівняно зі сталевими стрижнями, титанові стрижні можуть зменшити вагу на 15%-2 0%. Додатки включають двигуни Ferrari 3,5L V8 та NSX Acura. Загальні матеріали включають ti -6 al -4 v, ti -10 v -2 fe -3 al, ti -3 al -2. 0V та Ti -4 al -4 mo-sn -0. 5Si.
Клапани двигуна:
Титанові клапани зменшують вагу, продовжують термін служби, зниження споживання палива та підвищення надійності. Порівняно зі сталевими клапанами, титанові клапани можуть зменшити вагу на 30%-40%та збільшити швидкість двигуна на 20%. Загальні матеріали включають ti -6 al -4 v для впускних клапанів і Ti -6242 s для витяжних клапанів. Інші перспективні сплави включають ti -62 s і -tial.
Весняні фіксатори клапана:
Висока міцність і стійкість до втоми є важливими для фіксаторів пружини клапана. Бета -титанові сплави, такі як Ti -15 v -3 Cr -3 al -3 sn і ti -15 mo -3 al -2. 7nb -0. Mitsubishi використовував ti -22 v -4 al фіксатори, зменшуючи вагу на 42%.
Титанові пружини:
Титанові сплави мають нижній модуль пружності, ніж сталь, що робить їх придатними для еластичних компонентів. Титанові пружини на 30% -40% легші, ніж сталеві пружини, і пропонують кращу втому та резистентність до корозії. Загальні матеріали включають ti -4. 5fe -6. 8MO -1.
Турбокомпресони:
Турбокомпресони підвищують ефективність та потужність двигуна. Турбінові ротори потребують високої тепловідповідачів, яку надають титанові сплави, як Tial. Моделі Mitsubishi Lancer Evolution успішно комерціалізували ротори турбіни тиалу.
Вихлопні системи та глушники:
Титан широко використовується в вихлопних системах для підвищення надійності, продовження тривалості життя, зменшення ваги та підвищення ефективності палива. Витяжні системи титану на 40% легші, ніж сталеві системи. Промисловий чистий титан зазвичай використовується.
Рамки для тіла:
Висока специфічна сила і міцність титану роблять його придатним для рамок тіла. У Японії для підвищення безпеки та надійності використовуються чисті зварні трубки з титану.
Інші компоненти:
Титан також використовується в рокерах двигуна, пружинами підвіски, поршнями, кріпленнями, пучками для дверей, гальмівним супортом та пластинами зчеплення.
Переваги титанових сплавів
Легкий: Зменшує вагу транспортного засобу та підвищує ефективність палива.
Висока специфічна сила: Підвищує продуктивність та безпеку.
Корозійна стійкість: Продовжує тривалість життя компонентів.
Шум та зменшення вібрації: Покращує комфорт водіння.
Обмеження титанових сплавів
Висока вартість: Первинний бар'єр для широкого використання в автомобільній промисловості.
Формуваність та зварюваність: Проблеми у виробництві та переробці.
Дослідження автомобільних титанових сплавів
Поточні дослідження зосереджені на зменшенні витрат через:
Недостатні системи сплаву: Розвиток сплавів з недорогими елементами, такими як Fe, Cr, Si та Al.
Розширені технології обробки: Холодна кування та порошкова металургія (наприклад, ліплення металів) для зменшення виробничих витрат.
Висновок
Наступне покоління автомобільної конструкції підкреслює легку, зменшене споживання палива, нижчий шум та мінімізовану вібрацію для задоволення суворих екологічних потреб. У цьому контексті титан готовий стати головним матеріальним вибором для майбутніх транспортних засобів. Для подальшого зменшення витрат на дослідження повинні зосередитись на:
Розробка недорогих сплавів з мінімальним використанням дорогих елементів.
Просування технологій кування та холодного формування для бета-титанових сплавів.
Підвищення методів металургії порошку для підвищення продуктивності та зменшення витрат.
У міру зростання економіки та витрат на титану зменшуються, більше інженерів вибирає титан для автомобільних компонентів, затверджуючи свою важливу роль у автомобільній промисловості.
