Vývoj a aplikace titanu a slitiny titanu v automobilovém průmyslu

Dnes mají automobily historii více než 100 let a v našich životech jsou nezbytným dopravním prostředkem. Na titanovou nízkou hmotnost a vysokou pevnost se dlouhodobě zaměřují výrobci automobilů. Titanium Valley Titanium se používá v závodních autech po mnoho let a téměř všechny současné závodní automobily používají titan. Obecný automobilový průmysl je však rozvíjejícím se trhem pro titan.


Výhody titanu jako materiálu pro automobilové díly jsou: vysoká pevnost, malá hustota, elastický modul je asi polovina oceli, nízký koeficient tepelné roztažnosti, asi polovina nerezové oceli a hliníku, nemagnetická, nízká tepelná vodivost, znečištění životního prostředí . Kromě toho může použití titanu v automobilovém průmyslu výrazně snížit hmotnost vozidla, snížit jeho spotřebu paliva, zlepšit účinnost vozidla, snížit hluk.

1. Aplikace slitiny titanu v automobilu

Mezi typické součásti titanové slitiny v automobilech patří: rotorové listy pro turbínové nabíječky vyrobené s kapitálem, spojovací tyče a ventily vyrobené ze slitiny ti-6a1-4v atd. Aby se dosáhlo nízkých nákladů, ti-6a1-4sn-4zr-1nb-1mo -0,2si-0,3c slitinová matrice práškovou metalurgií byla přidána s TiC částicemi dispergujícími titan na bázi MMC k výrobě ventilů motoru. Kromě ojnic a motorových ventilů jsou originálními závěsnými pružinami vyrobenými z lehké slitiny titanu TImetaL LCB také originální aplikace. V poslední době byl učiněn pokrok ve vývoji levných slitin titanu pro ventily a výfukové plyny. Zejména motocyklový výfukový systém (tlumič) na vzrůstající poptávce po obchodním centru neželezných kovů z titanové slitiny, obchod s cennými papíry, takže výfukový systém s nízkými náklady na vývoj slitin je populárnější.


V roce 1956 sestavili generální motory (GM) a její dodavatelé ideální auto pro výstavní použití, doplněné titanovým tělem. Od té doby chce GM ve svých motorech používat titan, včetně výfukových ventilů a ojnic. Někteří výrobci automobilů již u některých modelů používají malé množství titanu. Obchodní centrum pro obchod s neželeznými kovy z titanového údolí, jako je japonská motorová společnost Honda v roce 1994 v závodním motoru NSX 3.0L24 v-6 používajícím kované titanové spojovací tyče; Titanová pružinová sedla ventilů se používají ve čtyřválcových motorech mitsubishi; Titanové vazby se používají také v automobilech porsche. S rostoucím vývojem titanu se široce používá ve speciálním použití automobilových dílů.


1.1 Ventil

Použití slitiny titanu k výrobě automobilových ventilů může nejen snížit hmotnost, prodloužit životnost a vysokou spolehlivost, ale také může ušetřit palivo. Výfukový ventil kromě tepla, odolný proti opotřebení, ale také bez olova a kobaltu. Američtí výrobci běžně používají k výrobě vstupních a výfukových ventilů slitinu titanu. Vstupní ventil je vyroben ze slitiny ti-6a1-4v a výfukový ventil je vyroben ze slitiny ti-6a1-2sn -4zn-2mo. Sintrové sací ventily vyráběné společností Hitachi byly dodány na japonský automobilový trh.


Slévárna Howmet, americká společnost, vyrábí ventily pomocí kontinuálního lití, z nichž každá má čtvrtinu hmotnosti titanu, s odhadovaným potenciálním trhem 200 milionů ventilů ročně na novém vozidle a ročním trhem s náhradou 80 milionů ventilů.


1.2 Sedlo ventilu

V závodních a sportovních vozech je nejrozšířenější titanovou komponentou sedlo ventilu, které je obvykle vyrobeno ze slitiny ti-6a1-4v. Japonsko také používá slitinu ti-5a1-2cr-1fe. Vzhledem ke svému jednoduchému tvaru a malé velikosti je mechanické přidání snadné a levné na výrobu. Nevyžaduje nutně speciální povrchovou úpravu a může snížit hmotnost o 10 až 12 gramů ve srovnání s ocelovým sedlem ventilu.


1.3 Ojnice

Použití slitiny titanu k výrobě ojnice je nejúčinnější pro snížení hmotnosti motoru. Materiál používaný pro ojnici je hlavně ti-6a1-4v a další materiály, jako jsou ti-4a1-2sn-4mn a ti-7a1-4mo, jsou také ve vývoji.


1.4 Klikový hřídel a další součásti motoru

Japonsko testuje klikový hřídel z lehké slitiny ti-5a1-2cr-fe, který potřebuje anti-bonding treatment a dosud nebyl uveden do praxe. Ostatní součásti motoru, jako jsou kyvná ramena, ventilové pružiny a spodní šrouby spojovacích tyčí, mohou být také vyrobeny ze slitiny ti-6a1-4v.


Klikový hřídel z lehkých slitin ti-3a1-2.5v speciálně vyvinutý v Japonsku byl použit v luxusním závodním voze Honda 280hp 3.ol V6NSX, který snižuje hmotnost o 30% a motor otáčí o 700 r / min ve srovnání s ocelovou klikovou hřídelí s stejná únavová síla. Tyto výsledky ukazují, že titan byl přijat a rozšířen v závodních autech.


1.5. Návrat průdušnice

Použití titanových koncových trysek / tlumičů výfuku není ovlivněno chlorovou solí a výtokem síry z důvodu koroze, nedochází k důlkovému výfukovému systému, nedochází ani ke korozi ve svařovacím místě, dokonce ani k titanovému údolí neželezných kovů obchodní centrum ve srovnání s tradičním materiálem - výfukový systém z nerezové oceli může snížit o 40% hmotnosti, současně zlepšit spotřebu paliva, má vysokou rychlost a kratší brzdnou dráhu. Vzhledem k vysokým nákladům na titan vyvinula americká společnost s kovovým titanem (Timet) speciální metodu povrchové úpravy pro výrobu dílů, které mohou pomoci splnit standardy nákladů automobilů. Nový Chevrolet Corvette Z06 již má trubici pro zpětný vzduch z titanu.


1.6 Odpružená pružina

Titanové pružiny jsou lehké, odolné proti korozi a mají nízký střihový modul (což snižuje řízení pružiny) ve srovnání s ocelovými pružinami používanými v běžných automobilech. Timet vyvinul slitinu titanu speciálně navrženou tak, aby splňovala požadavky na náklady a montáž součástí výrobců pružin v automobilovém odpružení. Původně se vyráběla v malém množství, byla použita pro pružinu odpružení nového vozu Volkswagen Lupo FSI v Evropě. V lednu 2001 Timet a Volkswagen oznámily použití titanových pružin v modelu 2001 modelu Lupo FSI, který by měl vyrobit 3500 kusů.


Pružiny vyrobené z titanu jsou o 60-70% lehčí než pružiny vyrobené z oceli. V typickém 5-6 místním rodinném voze vyrobeném ve Spojených státech může každé auto ztratit 9 kg až 13,6 kg pomocí čtyř pružin zavěšení.


1,7 tlumiče

Tlumič titanu pouze 5-6 kg, mnohem lehčí než tlumič z nerezové oceli, snadno ovladatelný. Poptávka po titanu v automobilovém odvětví v Japonsku (skutečná poptávka v roce 1999 byla 457 t) je hlavně pro tlumiče hluku, zejména pro velká vozidla (nad 900 ccm). Čtyři z větších japonských výrobců, včetně Honda a suzuki, přijali tlumiče titanu. Tlumiče titanu se používají hlavně ve velkých a individuálních automobilech střední velikosti. Hodnotí se odolnost proti korozi, pevnost a kvalita povrchu titanu.


Ve svém Chevrolet Corvette 206 z roku 2000 nahradil GM 20kg systém z nerezové oceli za 11,8 kg titanový tlumič výfuku a výfukový systém se stejnou pevností. Hmotnost je snížena o 4l%, vůz je rychlejší, pružnější a šetří palivo.


1.8 Karoserie vozidla a další části

Timet věří, že titan lze použít v jiných formách součástí domácích vozidel k výraznému snížení hmotnosti a zlepšení životnosti, včetně součástí motoru, komponentů hnacího ústrojí, systémů odpružení a konstrukčních součástí. Jako jsou středová tyč tlumiče, matice a šrouby, řídicí tyče, upevňovací prvky, hnaná hřídel, blok konzoly, portálový nosník, píst brzdových třmenů, spojovací tyč motoru, čep, ventil, pružina a sedlo ventilu atd.


S titanovou slitinou ti-6a1-4v, která vyrábí spojkovou desku, přítlačnou desku a další součásti převodovky, nedávno začala vyrábět skořepina z titanové slitiny s vysokým spřádáním, ve srovnání s ocelovou skořepinou, může výrazně snížit dopad poškození setrvačníku, takže nárazník stává se snadným. Japonští vědci navrhli novou kombinovanou kluznou matrici a vyvinuli další řetězové kolo pro automobil pomocí formování dolním úhlem.


1.9 Spojovací prvky

Titan může být použit místo oceli pro mnoho typů spojovacích prostředků. Titanové spojovací prvky jsou proveditelné nebo nezbytné pro budoucí lehká vozidla.


2. Stav automobilového titanu a slitin titanu


2.1 USA

Země, které ve svých autech používají nejvíce titanu, jsou USA a Japonsko. Za prvé, Spojené státy přikládají aplikaci titanu v automobilech velký význam. Spojené státy vyrobily titanové sací ventily, výfukové ventily, zádržné ventily, ojnice a další komponenty pro závodní automobily a 50 tun titanu se každoročně používá v automobilech. 1996 titan v Las Vegas na mezinárodní asociaci pro výstavu ukazuje, že Timet je vyroben z čistého titanového titanového automatického výfukového systému, společnost Chrysler a GM vytvořily prototyp komerčního čistého titanu a výfukového systému, probíhá rozsáhlé hodnocení výroby: GM také v Timetalu - 62 - s a Timetal - LCB hřídel, a zvažuje slitiny do sériové výroby. Další americký vysoce výkonný vůz, NSX Acura, také USES titanové vazby, příklad hromadně vyráběného titanu pro automobilové vazby. Motorová společnost Ford identifikovala několik součástí z titanové slitiny pro automobilové aplikace jako pružinu ti-3a1-8v-6cr-4mo-4zr, vstupní ventil ti-6a1-4v a pojistný ventil, ti-6a1-2sn-4zr-2mo a ti- Výfukový ventil 6a1-2sn-4zr-2mo-0,1si. Titanové pružiny vyrobené společností kolem roku 1989 vážily třetinu stejně jako ekvivalentní ocelové pružiny a byly menší a kompaktnější. Vyrobené sací a výfukové ventily mohou prodloužit počet najetých kilometrů na galon o 3 až 4 procenta. Pokud je ventil kombinován s titanovou pružinou, může být snížena spotřeba paliva motoru.


Ve Spojených státech byla vyvinuta řada levných titanových slitin. Například společnost Timet a GM vyvinula slitinu Timetal 62S (ti-6a1-2fe-0,1si), která se používá v součástech automobilových motorů, s lepším výkonem než ti-6a1-4v a o 15% ~ 25% nižší náklady než ti-6a1- 4v. Timetal crankxt, titanová slitina nově vyvinutá společností Timet pro motocyklové a automobilové výfukové systémy, je slitina ti-fe-si-o. Nejvyšší hmotnostní zlomek legovaných prvků je 0,5% Fe. 0,6% Si; 0,15% O. Společnost vyrobila plochý ingot 3,2 t elektronovým paprskem tající najednou, který byl válcován za studena do pásových svitků se specifikacemi 1,65 ~ 0,91 mm po válcování za tepla.


Výfukový ventil z lehké slitiny Timetal1100 (ti-6al-2,7 sn-4zr-0,4 mo-0,45si) byl vyvinut společností na tavení titanu ve Spojených státech s odolností proti tečení a oxidací při 6000 ° C. Timet Timetal ze slitiny LCB (Fe Ti - 4,5-6,8 Mo - 1,5 A1), je speciálně vyvinut pro automobilový trh, jeho komplexní výkon je vynikající, zejména odolnost proti únavě je lepší než u jakékoli jiné slitiny titanu, Timetal LCB metastabilní beta titanová slitina je druh nízké ceny, hlavním legujícím prvkem je nízká slitina Fe - Mo, mez kluzu je vyšší než 900 MPa, míra prodloužení je asi 18%, výkon jako vysoce pevná ocel, ve srovnání s použitím hliníkového molybdenu meziproduktu slitina, s použitím molybdenu železa může snížit náklady o 25% ~ 33%. Odpružené pružiny LCB se používají v terénních závodních nákladních vozech, které mají kromě snížení hmotnosti vozidla dvě výhody: rychlejší doby odezvy než ocelové pružiny, a tím plynulejší jízda; Snížení hmotnosti o 60%, snížení objemu o 25%, životnost více než čtyřikrát ocelové pružiny. Vysoce výkonné produkty společnosti Manley vyrábí titanové ventily ti-1000 a ti-6a1-2sn-4zr-2mo, které se používají v různých typech motocyklů RACES.


2.2 Japonci

Titan byl používán v závodních autech a některých sportovních vozech v Japonsku 20 let, ale ne v nákladních osobních automobilech. Například nissan R382 vyhrál japonskou velkou cenu kvůli jeho titanové chlopni. V současné době jsou titan a jeho slitiny v automobilových aplikacích převážně části motorů, pružina, tyč, spojovací tyč, standardní díly, kola, silové ventily atd. Podle japonských zkušeností je použití 0,8 ~ 0,9 kg / kus titanu v automobilových výkonových ventilech ekvivalentní úbytku hmotnosti 20 kg / kus.


V Japonsku byl proveden velký výzkum vývoje titanu pro automobilové aplikace. Výzkumný ústav budoucnosti technologií vyvinul SAT64AW, SAT64HM, SAT325HM, ti-20v-4a1-lsn a další automobilové slitiny titanu. Slitina AT64HM, SAT325HM má dobré tepelné zpracování, vrtání a odolnost proti únavě, nebo více vrtných částí spojovacích tyčí, náklady na řezání jsou nižší. Slitina ti-2v-4a1 vyvinutá japonskou společností mitsubishi motors Corporation má dobrou zpracovatelnost za studena a je vhodná pro výrobu ventilových tyčí. Sací a výfukové ventily ti-6al-4v vyrobené japonskou todou, podvody s titanovým údem zlepšují výkon motoru a rychlosti o 10 až 15 procent. Za zmínku stojí, že na 29. mezinárodní automobilové výstavě, která se konala v Tokiu v Japonsku v roce 1992, byly poprvé vystaveny panely z titanu a energeticky úsporné automobily s nízkým znečištěním, které přitahovaly pozornost všech účastníků. V roce 1996 vyhrál čtvrtý světový závod na solární automobily japonský solární automobil s titanem ve svých konstrukčních částech. Titan byl poprvé použit v sériové výrobě prémiového NSX v-6, poté ve třídě ventilů kupé Toyota Coupe, která získala ocenění v Japonsku v roce 1998. Sací ventil je vyroben ze slitiny ti-6a1-4v / TiB práškovou metalurgií a výfukový ventil je vyroben ze slitiny ti-al-zr-sn-nb-mo-si / TiB s tepelnou odolností. Motor vozu je 2000 ccm, s jedním 279 sacím ventilem a osmi 249 výfukovými ventily. Celkový titan automobilu je 408 g. Pokud jsou surovinami ocel, jsou příslušné hmotnosti 40 g a 44,6 g a celková hmotnost ventilu je více než dvojnásobek hmotnosti titanu. Auto také používá titan pro svou ventilovou pružinu, která snižuje jeho hmotnost ze 43 g na 36 g. Toyota zpočátku vyrobila 4 000 nových automobilů, polovina z nich titan.


Japonská společnost Datong v Japonsku vyvinula nový typ slitiny titanu a hliníku, který lze použít při výrobě výfukového ventilu automobilového motoru. Složení této nové slitiny hliníku a titanu je ti-33,5 a1-1nb-0,5 cr-0,5si (hm.%), Ve kterém jsou přidány Nb a Si ke zlepšení oxidační odolnosti a odolnosti proti tečení. Ve srovnání s martenzitickou žáruvzdornou ocelí a slitinou niklu, které se běžně používají pro výfukové ventily, je slitina charakterizována malou měrnou hmotností (pouze polovina hmotnosti martenzitické žáruvzdorné oceli) a dobrou tepelnou vodivostí. Japonský institut pro výzkum kovových materiálů a korejský institut pro mechanický a kovový výzkum, použití metody směšování prvků slitinový prášek a prášek rovnoměrně promíchané, vakuové slinování, horký izostatický tlak do dvou levných slitin, s vynikajícími vlastnostmi v tahu, tečení a únavě být vyroben do automobilových dílů.


Požadované vlastnosti slitiny titanu používané v automobilovém výfukovém systému musí splňovat tyto 4 body: (1) dostatečná pevnost při vysoké teplotě nad 600 ℃ a malá redukce pevnosti po dlouhém používání. (2) zmenšení tloušťky stěny způsobené oxidací při vysoké teplotě nad 700 ℃ je velmi malé. (3) při pokojové teplotě má čistý titan třídy JIS 2 a astmgr.2 (dále jen gr.2) stejnou tvarovatelnost (ohybová vlastnost, vypouklá vlastnost, vlastnost hlubokého nárazu atd.) Jako výše. (4) při vysokých teplotách nad 600 ° je obtížné deformovat určité zatížení s mezí kluzu menší než 0,2% teploty po dlouhou dobu, to znamená, že odolnost proti tečení je dobrá. Konstrukční koncepce Ti-lcu a ti-1cu-0,5 Nb a vynikající vlastnosti (tvarovatelnost při pokojové teplotě, pevnost při vysoké teplotě, oxidační odolnost, odolnost proti tečení) pro automobilové výfukové systémy vyvinuté společností Nippon steel co., LTD. Tyto slitiny dosáhly nízké oxidace přidáním Cu a přidání nezbytného Nb vedlo k zrození nových konceptů, které nebyly nalezeny v původních nápadech na návrh slitin, jako jsou super-tix 10CU a super-tix 1OCUNB, které byly široce používány jako automobilové výfukové materiály. Jako super-tix 10CU se od roku 2007 používá v tlumiči hluku řady Suzuki GSX pro požadavky na tepelnou odolnost součástí. Používá se na nissan gt-rspec-v od roku 2009 a na gt-r EGOIST tlumiči od roku 2010, s redukcí hmotnosti asi o 30% ve srovnání s nerezovou ocelí. Super-tix 10CUNB je používán Akrapovic, největším evropským výrobcem výfukových komponentů, nejen v motocyklech, ale také v části automobilových tlumičů výfuku. Tyto slitiny jsou plně využívány pro svou vysokou zpracovatelnost a pevnost při vysokých teplotách, vysokou oxidační odolnost a odolnost proti tečení při pokojové teplotě. Vhodné jsou slitinové provedení a výrobní podmínky.


2.3 V Číně

Čína důrazně provádí propagaci automobilového titanu. Nejprve prostřednictvím webových stránek, novin, časopisů a jiných forem propagace, titanu