Under de senaste åren, med den snabba utvecklingen av fordonsindustrin, har frågor som bränsleförbrukning, miljöskydd och säkerhet i allt högre grad väckt allmänhetens uppmärksamhet. Framöver kommer bilindustrins framtida riktning att fokusera på lättviktning, minskad bränsleförbrukning och lägre utsläpp. Enligt statistik från auktoritativa internationella organisationer konsumeras 60% av energin från bränsleförbränning i bilar av fordonets egen vikt. Även om tunna stålplattor med hög hållfasthet, aluminium, magnesium, metallmatriskompositer och plasthartser redan har spelat en roll för att minska fordonsvikten, har uppkomsten av industriella titanmaterial gett ett bättre alternativ för biltillverkning.
Titanium Metal erbjuder fördelar som låg densitet, hög specifik styrka och utmärkt korrosionsbeständighet. Att använda titan i bilar kan avsevärt minska fordonets vikt, lägre bränsleförbrukning, förbättra motoreffektiviteten och förbättra miljöprestanda samtidigt som buller minskar. De höga kostnaderna för titanlegeringar har emellertid begränsat sin applikation främst till lyx- och sportbilar, med sällsynt användning i vanliga fordon. Därför är att undersöka och utveckla lågkostnadstitanlegeringar som uppfyller marknadskraven nyckeln till att främja deras tillämpning i vanliga konsumentfordon.
Aktuella tillämpningar av titanlegeringar inom bilindustrin
Även om titanlegeringar används allmänt inom flyg-, petrokemiska och varvsindustrier, har deras tillämpning inom bilindustrin varit långsam. Från och med den första all-titanbilen som utvecklats av General Motors 1956 nådde Titanium Automotive Components inte massproduktionsnivåer förrän 1980-talet. På 1990 -talet, med den ökande efterfrågan på lyxbilar, sportbilar och racerbilar, såg titankomponenter snabb utveckling. Global Automotive Titanium -användning var endast 50 ton 1990, ökade till 500 ton 1997, 1 100 ton 2002 och 3, 000 ton 2009. Det är projicerade att överstiga 5, 000 ton år 2015. För närvarande är följande titanskomponenter allmänt använt:
Motoranslutningsstänger:
Titanlegeringar är ett idealiskt val för anslutningsstänger. Titananslutningsstänger kan effektivt minska motorvikten, förbättra bränsleeffektiviteten och minska utsläppen. Jämfört med stålstänger kan titanstänger minska vikten med 15%–2 0%. Ansökningar inkluderar Ferraris 3.5L V8 och Acuras NSX -motorer. Vanliga material inkluderar ti -6 al -4 v, ti -10 v -2 fe -3 al, ti -3 al -2. 0v, och och och Ti -4 Al -4 Mo-Sn -0. 5Si.
Motorventiler:
Titanventiler minskar vikten, förlänger livslängden, lägre bränsleförbrukning och förbättrar tillförlitligheten. Jämfört med stålventiler kan titanventiler minska vikten med 30%–40%och öka motorvarvtalet med 20%. Vanliga material inkluderar ti -6 al -4 V för insugningsventiler och ti -6242 s för avgasventiler. Andra lovande legeringar inkluderar ti -62 s och -tial.
Ventilfjäderhållare:
Hög styrka och trötthetsmotstånd är viktiga för ventilfjäderhållare. Beta titanlegeringar, såsom ti -15 v -3 cr -3 al -3 sn och ti -15 mo -3 al -2. 7nb {8}. Mitsubishi har använt ti -22 V -4 Al -hållare, vilket minskat vikten med 42%.
Titanfjädrar:
Titanlegeringar har en lägre elastisk modul än stål, vilket gör dem lämpliga för elastiska komponenter. Titanium Springs är 30% –40% lättare än stålfjädrar och erbjuder bättre trötthet och korrosionsbeständighet. Vanliga material inkluderar ti -4. 5fe -6. 8mo -1. 5Al och Ti -13 V -11 Cr -3 al.
Turboladdare:
Turboladdare förbättrar motoreffektiviteten och kraften. Turbinrotorer kräver hög värmebeständighet, som titanlegeringar som tial ger. Mitsubishi Lancer Evolution -modeller har framgångsrikt kommersialiserat tiala turbinrotorer.
Avgassystem och ljuddämpare:
Titan används ofta i avgassystem för att förbättra tillförlitligheten, förlänga livslängden, minska vikten och förbättra bränsleeffektiviteten. Titanavgassystem är 40% lättare än stålsystem. Industriellt rent titan används ofta.
Kroppsramar:
Titaniums höga specifika styrka och seghet gör det lämpligt för kroppsramar. I Japan används rena titansvetsade rör för att förbättra säkerheten och tillförlitligheten.
Andra komponenter:
Titan används också i motorvockerarmar, upphängningsfjädrar, kolvstift, fästelement, dörrbalkar, bromsokskolvar och kopplingsplattor.
Fördelar med titanlegeringar
Lättvikt: Minskar fordonets vikt och förbättrar bränsleeffektiviteten.
Hög specifik styrka: Förbättrar prestanda och säkerhet.
Korrosionsmotstånd: Förlänger komponentens livslängd.
Buller och vibrationsminskning: Förbättrar körkomforten.
Begränsningar av titanlegeringar
Hög kostnad: Den primära barriären för utbredd användning i bilindustrin.
Formbarhet och svetsbarhet: Utmaningar inom tillverkning och bearbetning.
Forskning om fordonstitanlegeringar
Aktuell forskning fokuserar på att minska kostnaderna genom:
Lågkostnadslegeringssystem: Utveckla legeringar med billiga element som Fe, CR, SI och AL.
Avancerad bearbetningsteknik: Kall smidning och pulvermetallurgi (t.ex. formsprutning av metall) för att minska tillverkningskostnaderna.
Slutsats
Nästa generation av fordonsdesign betonar lättviktning, minskad bränsleförbrukning, lägre brus och minimerad vibration för att uppfylla stränga miljökrav. I detta sammanhang är Titanium beredd att bli ett stort materiellt val för framtida fordon. För att ytterligare minska kostnaderna bör forskning fokusera på:
Utveckla lågkostnadslegeringssystem med minimal användning av dyra element.
Främjande smidnings- och kallbildande teknik för beta-titanlegeringar.
Förbättra pulvermetallurgitekniker för att förbättra prestandan och minska kostnaderna.
När ekonomin växer och titankostnaderna minskar kommer fler ingenjörer att välja titan för bilkomponenter, vilket stärker dess viktiga roll i bilindustrin.
