В последние годы, поскольку быстрое развитие автомобильной промышленности, такие проблемы, как расход топлива, защита окружающей среды и безопасность, все больше привлекают внимание общественности. Заглядывая в будущее, будущее направление автомобильной промышленности будет сосредоточено на легком весе, снижении расхода топлива и более низких выбросах. Согласно статистике авторитетных международных организаций, 60% энергии от сжигания топлива в автомобилях потребляется собственным весом автомобиля. Хотя высокопрочные тонкие стальные пластины, алюминиевые, магниевые, металлические композиты и пластиковые смолы уже сыграли роль в снижении веса автомобиля, появление промышленных титановых материалов обеспечило лучший вариант для производства автомобилей.
Титановый металл предлагает такие преимущества, как низкая плотность, высокая удельная прочность и превосходная коррозионная стойкость. Использование титана в автомобилях может значительно снизить вес автомобиля, снизить расход топлива, повысить эффективность двигателя и повысить производительность окружающей среды при одновременном снижении шума. Тем не менее, высокая стоимость титановых сплавов ограничивала их применение, прежде всего, роскошными и спортивными автомобилями, с редким использованием в обычных транспортных средствах. Таким образом, исследование и разработка недорогих титановых сплавов, которые отвечают требованиям рынка, является ключом к продвижению их применения в основных потребительских автомобилях.
Текущие применения титановых сплавов в автомобильной промышленности
Хотя титановые сплавы широко используются в аэрокосмической, нефтехимической и судостроительной промышленности, их применение в автомобильной промышленности было медленным. Начиная с первого автомобиля с полностью титаном, разработанным General Motors в 1956 году, титановые автомобильные компоненты не достигли массовых уровней производства до 1980-х годов. В 1990 -х годах, с растущим спросом на роскошные автомобили, спортивные автомобили и гоночные автомобили, компоненты титана увидели быстрое развитие. Глобальное использование автомобильного титана составило всего 50 тонн в 1990 году, увеличившись до 500 тонн в 1997 году, 1100 тонн в 2002 году и 3, 000 тонны в 2009 году. По прогнозам, он будет превышать 5, 000 к 2015 году. В настоящее время следующие компоненты титана обычно используются: {15}} тонны.
Двигатель соединяет шатуны:
Титановые сплавы являются идеальным выбором для соединительных шатунов. Титановые соединительные шатуны могут эффективно снизить вес двигателя, повысить эффективность использования топлива и снизить выбросы. По сравнению со стальными стержнями, титановые стержни могут уменьшить вес на 15-2–2 0%. Приложения включают в себя 3,5 л V8 от Ferrari и двигатели Acura NSX. Общие материалы включают ti -6 al -4 v, ti -10 v -2 fe -3 al, ti -3 al -2. Ti -4 al -4 mo-sn -0. 5si.
Двигатели клапаны:
Титановые клапаны снижают вес, продят срок службы, снижают потребление топлива и повышают надежность. По сравнению со стальными клапанами титановые клапаны могут уменьшить вес на 30–40%и увеличить скорость двигателя на 20%. Общие материалы включают ti -6 al -4 v для впускных клапанов и ti -6242 s для выхлопных клапанов. Другие многообещающие сплавы включают ti -62 s и -tial.
Клапан пружинные фиксаторы:
Высокая сила и устойчивость к усталости необходимы для держателей пружины клапанов. Бета -титановые сплавы, такие как ti -15 v -3 cr -3 al -3 sn и ti -15 mo -3 al -2. 7nb -0}. Mitsubishi использовал ti -22 v -4 al фиксаторы, уменьшая вес на 42%.
Титановые источники:
Титановые сплавы имеют более низкий модуль упругости, чем сталь, что делает их подходящими для упругих компонентов. Титановые пружины на 30–40% легче, чем стальные пружины, и обеспечивают лучшую усталость и коррозионную стойкость. Общие материалы включают ti -4. 5fe -6. 8mo -1. 5al и ti -13 v -11 cr -3 al.
Турбокомпрессоры:
Турбокомпрессоры повышают эффективность и мощность двигателя. Роторы турбины требуют высокой теплостойкости, которые обеспечивают титановые сплавы, такие как Tial. Mitsubishi Evolution Evolution Models успешно коммерциализировали роторы турбины Tial.
Выхлопные системы и глушители:
Титан широко используется в выхлопных системах для повышения надежности, продления срока службы, снижения веса и повышения эффективности использования топлива. Системы выхлопных газов титана на 40% легче, чем стальные системы. Промышленный чистый титан обычно используется.
Кадры тела:
Высокая специфическая сила и прочность Титана делают его подходящим для рамков тела. В Японии для повышения безопасности и надежности используются сварные трубки чистого титана.
Другие компоненты:
Титан также используется в рычагах двигателя, подвесных пружинах, поршневых булавках, крепежах, дверных балках, тормозных поршнях суппорта и пластинах сцепления.
Преимущества титановых сплавов
Легкий вес: Снижает вес автомобиля и повышает эффективность использования топлива.
Высокая специфическая сила: Повышает производительность и безопасность.
Коррозионная стойкость: Расширяет срок службы компонента.
Уменьшение шума и вибрации: Улучшает комфорт вождения.
Ограничения титановых сплавов
Высокая стоимость: Основной барьер для широкого использования в автомобильной промышленности.
Формируемость и сварка: Проблемы в производстве и обработке.
Исследование автомобильных титановых сплавов
Текущие исследования фокусируются на сокращении затрат через:
Низкокачественные системы сплавов: Разработка сплавов с недорогими элементами, такими как Fe, Cr, Si и Al.
Усовершенствованные технологии обработки: Холодная ковка и металлургия порошка (например, литье в инъекции металла) для снижения производственных затрат.
Заключение
Следующее поколение автомобильной конструкции подчеркивает легкий вес, снижение расхода топлива, более низкий шум и минимизированную вибрацию в соответствии с строгими экологическими требованиями. В этом контексте титан готов стать основным выбором материала для будущих транспортных средств. Чтобы еще больше сократить расходы, исследования должны сосредоточиться на:
Разработка недорогих сплавов с минимальным использованием дорогих элементов.
Создание технологий ковки и холодного формирования для бета-титановых сплавов.
Улучшение методов металлургии порошка для повышения производительности и снижения затрат.
По мере роста экономики и затраты на титана снижаются, все больше инженеров выберут титан для автомобильных компонентов, укрепляя его важную роль в автомобильной промышленности.
