Titāna sakausējuma pielietošana vieglo automobiļu ražošanā

Titānam un titāna sakausējumiem ir zema blīvuma, izcilu mehānisko īpašību, labas bioloģiskās saderības, izturības pret koroziju, augstas temperatūras izturības un labas izturības pret zemu temperatūru īpašības. Pašlaik tos plaši izmanto automobiļu ražošanā. Titāna sakausējuma blīvums ir tikai 60% no tērauda, ​​un izturība var sasniegt vairāk nekā 800MPa. Tas joprojām uztur labas mehāniskās īpašības aptuveni 500 ° C temperatūrā, un tā metināšanas un formēšanas īpašības ir labas. Tas ir izmantots sacīkšu automašīnu ražošanā vairāk nekā pirms 20 gadiem. Ievērojami samazināt sacīkšu motora kvalitāti, vienlaikus uzlabojot motora darbību.

Šobrīd automobiļu ražošanā izmantotie titāna sakausējuma komponenti galvenokārt tiek izplatīti automašīnu izplūdes sistēmās, dzinēju sistēmās, transmisijas un vibrācijas samazināšanas sistēmās un automašīnas virsbūves rāmja daļās.

1. Izplūdes sistēma

Automašīnu izplūdes sistēmas materiāliem ir vajadzīgas labas mehāniskās īpašības augstā temperatūrā un izturība pret S un Cl elementu koroziju. Tradicionālie izplūdes vārstu komponenti ir izgatavoti no nerūsējošā tērauda, ​​taču ir atklāts, ka titāna sakausējumi ir labāk piemēroti izplūdes vārstu materiāliem to veiktspējas ziņā.

Titāna atgriezeniskā caurule, ko izmanto jaunajā Chevrolet Corvette Z206 automašīnā, efektīvi novērš nerūsējošā tērauda caurules koroziju un metinājuma koroziju, vienlaikus uzlabojot degvielas sadegšanas efektivitāti un paātrinājumu, kā arī saīsinot bremzēšanas ceļu.

Timet, lielākais titāna ražotājs Amerikas Savienotajās Valstīs, ir apņēmies pētīt un attīstīt un ražot titāna sakausējumu izplūdes sistēmas, un daudzi japāņu uzņēmumi ir veikuši arī saistītu pētījumu un attīstības darbu. Šobrīd uzņēmums Fuji Heavy Industries Co., Ltd. ir ražojis ierobežotu skaitu 440 titāna sakausējuma transportlīdzekļu izplūdes sistēmu komplektu. traheja.

2. Dzinēja sistēma

Automašīnu dzinēju sistēma ir visbiežāk izmantotā titāna sakausējuma daļa automobiļu jomā. Titāna sakausējuma pielietojums motora sistēmā galvenokārt ietver vārstu, savienojošo stieni, kloķvārpstu, vārsta sēdekli un citas daļas.

Japānas' s Honda Motor Company izmanto viltotus titāna stieņus NSX sacīkšu V-6 motorā; Mitsubishi Motors izmanto titāna vārstu atsperu sēdekļus lielas ietilpības, četru cilindru motoros, un Porsche automašīnām tiek izmantoti arī titāna savienotājstieņi.

(1) Vārsts

Attiecībā uz titāna sakausējuma vārstiem ASV un Japāna ir veikušas daudz pētījumu. Pašlaik Amerikas Savienotās Valstis parasti izmanto Ti-6Al-4V sakausējumu ieplūdes vārstu izgatavošanai un Ti-6Al-2Sn-4Zr-2M o sakausējumu izplūdes vārstu izgatavošanai; savukārt Japānā Toyota ieplūdes vārstam izmanto sakausējumu Ti-6Al-4V / Ti B un izplūdes vārstam - Ti-Al-Zr-Sn-Mo-Nb-Si / Ti B sakausējumu. Visiem šāda veida titāna sakausējumiem ir labas mehāniskās īpašības augstā temperatūrā, izturība pret oksidēšanos un ložņu izturība, kas efektīvi uzlabo motora darbību un paātrina transportlīdzekļu darbību.

(2) Vārsta sēdeklis

Titāna sakausējuma vārstu sēdekļi ir plaši izmantoti sacīkšu un sporta automašīnās. Katru gadu tiek saražoti vairāk nekā 250 000 komplektu. Tie galvenokārt ir izgatavoti no Ti-6Al-4V vai Ti-5Al-2Cr-1Fe sakausējuma. Tā kā vārsta sēdekļa forma ir salīdzinoši vienkārša, to izmanto štatā. Apstrādes prasības nav augstas, un nav nepieciešama īpaša virsmas apstrāde, izmaksas ir salīdzinoši lētas, un efekts ir acīmredzams, samazinot automašīnas svaru.

(3) Savienotājstienis

Titāna sakausējuma stieņu izmantošana var efektīvi samazināt motora kvalitāti un uzlabot automašīnas veiktspēju. Pašlaik galvenais sagatavošanas materiāls ir Ti-6Al-4V sakausējums. Japāna Daido Co., Ltd. šobrīd izstrādā divfāžu titāna sakausējumu Ti-3Al-2V-0.2Si-0.47Ce-0.27La, kam ir laba apstrādājamība un izcilas mehāniskās īpašības, noguruma īpašības un izturība pret koroziju. Paredzams, ka to izmantos dzinēja šarnīra daļās, kas ātri paātrinās un palēninās.

(4) Kloķvārpsta

Lai arī titāna sakausējuma kloķvārpstas pašlaik nav plaši izmantotas, Japānas speciāli izstrādātais Ti-3Al-2.5V sakausējums ir pārbaudīts uz Honda sacīkšu automašīnām. Efektīvi samazinot kvalitāti, dzinēja apgriezieni ir palielināti par 700r / min, kas pierāda, ka titāna sakausējuma kloķvārpstas pārākums. Tajā pašā laikā Japānā ir izmēģinājuma procesā ražotas Ti-5Al-2Cr-Fe sakausējuma kloķvārpstas, un ir sagaidāms, ka titāna sakausējumus plašāk izmantos kloķvārpstu komponentos.

3. Amortizācijas sistēma

Automašīnas amortizācijas balstiekārtas galvenā sastāvdaļa ir balstiekārtas atspere. Salīdzinot ar vispārējo automobiļu atsperu tēraudu, titāna sakausējumam ir augstāka īpatnējā izturība un mazāks bīdes modulis, kā arī lielāka noguruma izturība, padarot to piemērotāku automobiļu amortizatoru atsperu ražošanai. Tā kā atsperes novirze ir tieši proporcionāla pagriezienu skaitam un apgriezti proporcionāla materiāla bīdes modulim, titāna sakausējuma atsperei ir nepieciešams mazāk pagriezienu nekā tērauda atsperei ar nosacījumu, ka tiek sasniegta tāda pati atsperes reakcija, kas efektīvi samazina pavasara kvalitāte. , Ietaupiet vietu.

Tajā pašā laikā titāna sakausējuma atsperes var arī efektīvi palielināt pavasara rezonanses biežumu un palielināt tā kalpošanas laiku. Pašlaik lielākā daļa titāna sakausējuma atsperu ir izgatavotas no vienfāzes β titāna sakausējuma. Vācu Volkswagen uzņēmums dažās automašīnās ir izmantojis Lupo FSI titāna sakausējuma pārnesumu atsperes, un to daudzums ir aptuveni 3500.

4. Ķermeņa rāmis

Runājot par automašīnas virsbūves rāmja sastāvdaļām, titāna sakausējuma augstākā īpatnējā izturība, mazāks blīvums un laba izturība pret koroziju norāda, ka tas ir labs materiāls automašīnas virsbūves rāmju sagatavošanai. Pašlaik dažas autobūves kompānijas ir izmantojušas titāna sakausējumus tādām detaļām kā zobratu kronšteini un bremžu suportu virzuļi. Starp transmisijas komponentiem Japāna patlaban izstrādā augstas vērpšanas procesu titāna sakausējumu apvalku sagatavošanai. Salīdzinot ar tērauda apvalkiem, titāna sakausējuma apvalki var labāk samazināt spararata triecienu un tiem ir labāks amortizācijas efekts.

Turklāt titāna sakausējumus izmanto arī automobiļu stiprinājumos un citās sastāvdaļās. Ar titāna sakausējumu sagatavošanas tehnoloģijas un autobūves nepārtrauktu attīstību titāna sakausējumi noteikti tiks plašāk izmantoti automobiļu detaļās.

5. Titāna sakausējumu nozīme vieglo automobiļu svarā

Ārvalstu pētniecības iestādes ir aprēķinājušas un atklājušas, ka tad, kad automašīnas apkopes kvalitāte samazinās par 10%, degvielas patēriņu var samazināt par 6% līdz 8%. Pētījumi arī parādīja, ka par katru svara zudumu 91 kg vidēji var nobraukt 0,43 km uz litru degvielas. Tāpēc, nepārtraukti attīstoties manas valsts ekonomikai' nepārtraukti pieaugot automašīnu skaitam, vieglais automobilis ir kļuvis par vienu no svarīgākajiem veidiem, kā samazināt enerģijas patēriņu un samazināt gaisa piesārņojumu.

Titāns un titāna sakausējuma materiāli pašlaik tiek plaši izmantoti automobiļu detaļās to izcilo fizikālo un ķīmisko īpašību dēļ. Titāna materiālu izmantošana ne tikai efektīvi uzlabo automašīnas veiktspēju un drošības koeficientu, bet arī spēlē svarīgu lomu automašīnas vieglajā svarā, efektīvi samazinot automašīnas kvalitāti' .

Salīdzinot ar tradicionālo nerūsējošā tērauda sistēmu, automobiļu izplūdes sistēmā tiek izmantota titāna izplūdes sprauslu atgriešanas cauruļu montāža, kas var samazināt svaru par aptuveni 8,2 kg. Titāna sakausējumu izstrādājumu izmantošana, lai aizstātu tradicionālos tērauda un čuguna materiālus motora daļās, piemēram, vārstos un stieņos, var efektīvi samazināt motora kvalitāti.

Saskaņā ar Japānas automobiļu rūpniecības pētījumu aptuveni 0,8 kg titāna materiāla izmantošana automobiļu jaudas vārstiem ir līdzvērtīga 20 kg tērauda detaļu iedarbībai; katrs titāna vārsta sēdeklis var samazināt apmēram 10 g svaru, salīdzinot ar tērauda vārstu sēdekli; titāna sakausējumos tiek izmantoti pat stieņi un kloķvārpstas, kas visefektīvāk samazina motora masu.

Vibrācijas slāpēšanas sistēmā katra titāna sakausējuma atspere var samazināt masu vairāk nekā par 60%, salīdzinot ar tērauda atsperēm. Pamatojoties uz 4 balstiekārtas atsperēm uz vienu transportlīdzekli, pēc pārejas uz titāna sakausējuma atsperēm katrs transportlīdzeklis var samazināt svaru par 9 ~ 13,6 kg. Turklāt titāna sakausējuma klusinātāja masa ir tikai 5 ~ 6 kg, kas ir par 40% vieglāka nekā nerūsējošā tērauda klusinātājs.

Par piemēru ņemot parastu vidēja izmēra automašīnu, ja tradicionālo detaļu nomaiņai tiek izmantotas esošās titāna sakausējuma automašīnas detaļas, automašīnas' pašmasa tiks samazināta no aptuveni 1500 kg līdz aptuveni 1000 kg likme var sasniegt 30%, un kopējo degvielas patēriņu var samazināt par 20%. Turklāt tas ievērojami samazinās degvielas patēriņu pasaulē un efektīvi mazinās enerģijas trūkuma un vides piesārņojuma problēmas.

Iepriekš minētie dati rāda, ka titāna sakausējumu izmantošanai ir būtiska ietekme uz automašīnu svara samazināšanu. Mūsdienu automobiļu rūpniecībā nepārtraukti jāattīsta titāna un titāna sakausējumu pielietošanas tehnoloģija automobiļu detaļās, lai palielinātu titāna sakausējumu daļu automašīnās.

Pašlaik titāna sakausējuma izmantošana manā valstī' automobiļu rūpniecībā joprojām ir izmēģinājuma stadijā. Galvenā problēma ir tā, ka titāna sakausējuma materiālu izmaksas ir pārāk augstas, un detaļas ir grūti apstrādājamas.

Tāpēc galvenajam uzdevumam nākotnē jābūt titāna sakausējuma detaļu cenas samazināšanai, izstrādājot lētus titāna sakausējuma materiālus, samazinot titāna sakausējumu izejvielu ražošanas izmaksas un uzlabojot titāna sakausējumu detaļu apstrādes efektivitāti, uzlabojot apstrādes tehnoloģiju.

Ārvalstu pieredze rāda, ka tikai automobiļu dizaina un ražošanas, kā arī titāna sakausējumu izpētes un izstrādes kombinācija var nodrošināt augstākas kvalitātes titāna sakausējumu materiālus automašīnām.

Tiek uzskatīts, ka, nepārtraukti padziļinoties pētniecībai un attīstībai, titānam un titāna sakausējumiem būs arvien lielāka loma manas valsts modernajā automobiļu rūpniecībā un tie veicinās nepārtrauktu automobiļu rūpniecības attīstību.

Nikola