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    鈦合金在汽車工業應用

    鈦合金在汽車工業應用鈦消聲器(寶冶鈦鎳公司銷售一部提供)

    [ 作者:本站 點擊次數:1399 更新時間:2014-5-26 ]

    2014年鈦合金在汽車工業的應用分析(轉載)

    據中國產業洞察網了解,盡管鈦合金已廣泛應用于航空航天、石油化工以及艦船工業上,但是在汽車工業中的應用卻發展緩慢。從1956年美國通用公司研制成功第一輛全鈦汽車開始,鈦制汽車零部件直到20世紀80年代才達到批量生產的水平,90年代隨著豪華汽車、跑車、賽車需求量的逐年增加,鈦制零部件才得到了飛快發展。1990年全世界汽車用鈦量僅為50t,1997年達到了500t,2002年達到了1100t,2009年達到了3000t,預計2015年全世界汽車用鈦量將突破5000t。目前鈦合金零部件有以下幾種比較常用。


    1、發動機連桿


    鈦合金是連桿用材料的理想選擇。用鈦合金制造的發動機連桿能有效減輕發動機質量,提高燃油利用率和減少排氣量。相比于鋼制連桿,鈦制連桿可減輕15%~20%的質量。鈦合金連桿的應用首先在意大利的新型法拉利轎車3.5LV8與Acura的NSX發動機上得到了體現。鈦合金連桿所用的材料主要有Ti-6Al-4V、Ti-10V-2Fe-3Al、Ti-3Al-2.0V和Ti-4Al-4Mo-S n-0.5S i等,其他鈦合金材料如Ti-4Al-2S i-4Mn和Ti-7M-4Mo等在連桿中的應用也在研發中。


    2、發動機氣門


    用鈦合金制造的汽車發動機氣門,不但能減輕質量、延長使用壽命,而且可降低油耗和提高汽車的可靠性。鈦制氣門與鋼制氣門相比,質量可減少30%~40%,發動機極限轉速可提高20%。就目前的應用而言,進氣門的材料以Ti-6A l-4V為主,排氣門的材料以Ti-6242S為主,通常Sn和Al一起被添加,可以得到較低的脆性和較高的強度;Mo的添加可改善鈦合金的熱處理性能,加強淬火及時效鈦合金的強度,同時增加硬度。其他具有發展潛力的鈦合金有:


    3、氣門彈簧座


    高強度及耐疲勞性是汽門彈簧座必須具備的性能,β鈦合金為熱處理型合金,能通過固溶時效處理來獲得很高的強度,相應的比較適合的材料有Ti·15V-3Cr-3Al-3Sn與Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si。三菱汽車在其規?;a汽車上使用Ti-22V-4Al鈦合金汽門彈簧座,較原鋼制鎖扣減輕了42%的質量,氣門機構減少了6%的慣性質量,發動機最大轉速增加了300r/min。


    4、鈦合金彈簧


    鈦及其合金相對于鋼材料具有較低的彈性模量,σs/E值大,適合制造彈性元件。與鋼制汽車彈簧相比,在相同彈性功的前提下,鈦制彈簧的高度僅為鋼彈簧的40%,質量僅為鋼制彈簧的30%~40%,便于車體設計。另外,鈦合金優異的疲勞性能和耐蝕性能可提高彈簧的使用壽命。目前,可用來制造汽車用彈簧的鈦合金材料有Ti-4.5Fe6.8Mo-1.5Al和Ti-13V11C-3Al等。


    5、渦輪增壓器


    渦輪增壓器可以提高發動機的燃燒效率并增強發動機的功率及扭力。渦輪增壓器的輪機轉子需要長期工作在850℃以上的高溫廢氣中,因此要求有很好的耐熱性。傳統的如鋁合金等輕金屬,因熔點較低而無法使用。雖然陶瓷材料因為重量輕且耐高溫性佳而在輪機轉子上得到應用,但由于成本高及形狀上無法最佳化而使其應用受限。為了解決這些問題,Tetsui等人研發了TiAl輪機轉子,經過多次試驗驗證,其不但具有良好的耐久性及效能,而且也能改善發動機的加速性。此項設計已成功在Mitsubishi Lancer Evolution系列車型上得到了商業化應用。


    6、排氣系統及消聲器


    鈦在汽車的排氣系統中使用量較大。用鈦及其合金制造的排氣系統,不僅可以提高可靠性、延長壽命和改善外觀,還可以減少質量及提高燃料燃燒效率。鈦制排氣系統與鋼制排氣系統相比,質量可減少約40%。在Go1f系列汽車中,鈦制排氣系統質量可減少7~9kg,目前排氣系統使用的鈦材主要為工業純鈦。


    鈦制消聲器質量只有5~6kg,比不銹鋼等消聲器輕。2000款雪佛萊CorvetteZ06汽車上用一個11.8kg的鈦消聲器和尾氣管系統代替原來20kg的不銹鋼系統,質量減輕了41%。替代后的系統強度不變,并使汽車速度更快、操作更靈活及節約燃料。消聲器使用的鈦材同樣主要是工業純鈦。


    7、車體框架部分


    為了提高汽車的安全性和可靠性,需要從設計和制造方面,尤其是制造材料方面進行考慮。鈦是一種用來制造車體框架很好的材料,其不僅比強度較高,還具有良好的韌性。在日本,汽車生產廠商選擇純鈦金屬焊接管制作車身框架,這種框架能夠使得駕車者在駕駛時具有足夠的安全感。


    8、其他鈦合金部件


    除了以上幾種部件,鈦還應用于發動機搖臂、懸掛彈簧、發動機活塞銷、車用緊固件、掛耳螺帽、汽車門突入梁、汽車擋支架、制動器卡鉗活塞、銷軸栓、壓力板、變速按鈕及汽車離合器圓板等汽車零件

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