În ultimii ani, odată cu dezvoltarea rapidă a industriei auto, probleme precum consumul de combustibil, protecția mediului și siguranța au atras din ce în ce mai mult atenția publică. Privind în viitor, direcția viitoare a industriei auto se va concentra pe o ușoară, consumul redus de combustibil și emisiile mai mici. Conform statisticilor de la organizații internaționale autoritare, 60% din energia din combustia combustibilului în mașini sunt consumate de greutatea vehiculului. Deși plăcile de oțel subțiri de înaltă rezistență, compozitele de aluminiu, magneziu, matricea metalică și rășini din plastic au jucat deja un rol în reducerea greutății vehiculului, apariția materialelor industriale din titan a oferit o opțiune mai bună pentru fabricarea auto.
Metalul de titan oferă avantaje precum densitate mică, rezistență specifică ridicată și rezistență excelentă la coroziune. Utilizarea titanului în automobile poate reduce semnificativ greutatea vehiculului, poate scădea consumul de combustibil, poate îmbunătăți eficiența motorului și poate îmbunătăți performanța mediului, reducând în același timp zgomotul. Cu toate acestea, costul ridicat al aliajelor de titan și -a limitat aplicația în principal la mașinile de lux și sport, cu o utilizare rară în vehicule obișnuite. Prin urmare, cercetarea și dezvoltarea aliajelor de titan cu costuri reduse care răspund cerințelor pieței este esențială pentru promovarea aplicației lor în vehiculele de consum.
Aplicații actuale ale aliajelor de titan în industria auto
Deși aliajele de titan sunt utilizate pe scară largă în industriile aerospațiale, petrochimice și construcții navale, aplicarea lor în industria auto a fost lentă. Începând cu prima mașină All-Titanium dezvoltată de General Motors în 1956, componentele auto din Titanium nu au atins nivelurile de producție în masă până în anii '80. În anii 90, cu cererea din ce în ce mai mare de mașini de lux, mașini sport și mașini de curse, componentele de titan au înregistrat o dezvoltare rapidă. Global automotive titanium usage was only 50 tons in 1990, increased to 500 tons in 1997, 1,100 tons in 2002, and 3,000 tons in 2009. It is projected to exceed 5,000 tons by 2015. Currently, the following titanium alloy components are commonly used:
Tije de conectare a motorului:
Aliajele de titan sunt o alegere ideală pentru conectarea tijelor. Tijele de conectare a titanului pot reduce eficient greutatea motorului, pot îmbunătăți eficiența combustibilului și pot reduce emisiile. Comparativ cu tijele de oțel, tijele de titan pot reduce greutatea cu 15%–2 0%. Aplicațiile includ motoarele Ferrari 3,5L V8 și Acura NSX. Materialele comune includ Ti -6 al -4 v, ti -10 v -2 fe -3 al, ti -3 al -2. 0V, și Ti -4 al -4 mo-sn -0. 5SI.
Supapele motorului:
Supapele de titan reduc greutatea, prelungește durata de viață, mai scăzută consumul de combustibil și îmbunătățesc fiabilitatea. Comparativ cu supapele de oțel, supapele de titan pot reduce greutatea cu 30%–40%și pot crește viteza motorului cu 20%. Materialele comune includ ti -6 al -4 v pentru supape de admisie și ti -6242 s pentru supape de evacuare. Alte aliaje promițătoare includ ti -62 s și -tial.
Suporturi de arc de supapă:
Rezistența la rezistență ridicată și oboseală sunt esențiale pentru reținerea arcului de valve. Aliaje beta titanium, cum ar fi ti -15 v -3 cr -3 al -3 Sn și ti -15 mo -3 al -2. Mitsubishi a folosit Ti -22 v -4 al reținerilor, reducând greutatea cu 42%.
Izvoarele de titan:
Aliajele de titan au un modul elastic mai mic decât oțelul, ceea ce le face potrivite pentru componente elastice. Izvoarele de titan sunt cu 30% -40% mai ușoare decât arcurile de oțel și oferă o mai bună rezistență la oboseală și coroziune. Materialele comune includ Ti -4. 5fe -6. 8mo -1. 5al și ti -13 v -11 Cr -3 al.
Turbocompresoare:
Turbocompresoarele îmbunătățesc eficiența și puterea motorului. Rotorii de turbină necesită o rezistență ridicată la căldură, pe care le oferă aliaje de titan precum TIAL. Modelele de evoluție Mitsubishi Lancer au comercializat cu succes rotori de turbină Tial.
Sisteme de evacuare și amortizoare:
Titanul este utilizat pe scară largă în sistemele de evacuare pentru a îmbunătăți fiabilitatea, a extinde durata de viață, a reduce greutatea și a îmbunătăți eficiența combustibilului. Sistemele de evacuare a titanului sunt cu 40% mai ușoare decât sistemele de oțel. Titanul pur industrial este utilizat în mod obișnuit.
Cadre de corp:
Puterea și duritatea specifică a titanului o fac potrivită pentru ramele corpului. În Japonia, tuburile sudate cu titan pur sunt utilizate pentru a îmbunătăți siguranța și fiabilitatea.
Alte componente:
Titanul este, de asemenea, utilizat în brațele de balansoare ale motorului, arcuri de suspensie, pini cu piston, elemente de fixare, grinzi de ușă, pistoane etriere de frână și plăci de ambreiaj.
Avantajele aliajelor de titan
Ușor: Reduce greutatea vehiculului și îmbunătățește eficiența combustibilului.
Putere specifică ridicată: Îmbunătățește performanța și siguranța.
Rezistență la coroziune: Extinde durata de viață a componentelor.
Reducerea zgomotului și a vibrațiilor: Îmbunătățește confortul de conducere.
Limitări ale aliajelor de titan
Cost ridicat: Bariera principală pentru utilizarea pe scară largă în industria auto.
Formabilitate și sudabilitate: Provocări în fabricare și prelucrare.
Cercetări privind aliajele de titan auto auto
Cercetările actuale se concentrează pe reducerea costurilor prin:
Sisteme de aliaje cu costuri reduse: Dezvoltarea aliajelor cu elemente ieftine precum Fe, Cr, Si și Al.
Tehnologii avansate de procesare: Forjarea la rece și metalurgia pulberii (de exemplu, modelarea prin injecție de metale) pentru a reduce costurile de fabricație.
Concluzie
Următoarea generație de design auto subliniază ușor, consumul redus de combustibil, zgomot mai mic și vibrații minimizate pentru a îndeplini cerințele de mediu stricte. În acest context, titanul este pregătit să devină o alegere importantă pentru vehiculele viitoare. Pentru a reduce în continuare costurile, cercetarea ar trebui să se concentreze pe:
Dezvoltarea sistemelor de aliaje cu costuri reduse, cu o utilizare minimă a elementelor scumpe.
Avansarea tehnologiilor de forjare și formare la rece pentru aliaje beta titan.
Îmbunătățirea tehnicilor de metalurgie a pulberii pentru a îmbunătăți performanța și a reduce costurile.
Pe măsură ce economia crește și costurile de titan scad, mai mulți ingineri vor alege titan pentru componente auto, solidificându -și rolul important în industria auto.
