Pembangunan Dan Aplikasi Alloy Titanium Dan Titanium Dalam Industri Automobil

Hari ini, kereta mempunyai sejarah lebih daripada 100 tahun dan merupakan cara pengangkutan yang sangat penting dalam kehidupan kita. Berat ringan dan kekuatan tinggi Titanium telah menjadi fokus pengeluar kereta. Titanium Valley Titanium telah digunakan dalam kereta lumba selama bertahun-tahun, dan hampir semua kereta lumba semasa menggunakan titanium. Walau bagaimanapun, sektor automotif am merupakan pasaran pembangunan baru untuk titanium.


Kelebihan titanium sebagai bahan untuk bahagian auto adalah: kekuatan tinggi, ketumpatan kecil, modulus anjal adalah kira-kira separuh daripada keluli, pekali rendah pengembangan haba, kira-kira separuh daripada keluli tahan karat dan aluminium, kekonduksian terma bukan magnetik, pencemaran alam sekitar . Di samping itu, penggunaan titanium dalam industri automotif boleh mengurangkan berat kenderaan, mengurangkan penggunaan bahan api, meningkatkan kecekapan kenderaan, mengurangkan bunyi bising.

1. Penggunaan aloi titanium dalam kereta

Bahagian aloi titanium yang biasa di dalam kereta termasuk: bilah pemutar untuk pengecas turbin yang dibuat dengan modal, rod dan injap yang menghubungkan aloi ti-6a1-4v, dan lain-lain. Untuk merealisasikan kos rendah, ti-6a1-4sn-4zr-1nb-1mo Matriks aloi -0.2si-0.3c oleh metalurgi serbuk telah ditambah dengan zarah TiB yang menyebarkan titanium berasaskan titanium untuk mengeluarkan injap enjin. Selain menyambungkan rod dan injap enjin, aslinya titanium kos rendah asal TImetaL LCB yang dihasilkan suspensi spring juga merupakan aplikasi asal. Baru-baru ini, kemajuan telah dibuat dalam pembangunan aloi titanium murah untuk injap dan ekzos enjin. Terutamanya sistem ekzos motosikal (muffler) pada peningkatan permintaan untuk titanium valley titanium valley pusat perdagangan logam bukan ferus jadi sistem ekzos dengan pembangunan aloi kos rendah lebih popular.


Pada tahun 1956, motosikal umum (GM) dan pembekalnya memasang kereta yang ideal untuk kegunaan pameran, lengkap dengan badan titanium. Sejak itu, GM telah menggunakan titanium dalam enjinnya, termasuk injap ekzos dan rod penyambung. Sesetengah pembuat kereta sudah menggunakan sedikit titanium dalam beberapa model. Lembah Titanium pusat perdagangan logam bukan logam seperti syarikat motor Honda Jepun pada tahun 1994 di enjin lumba NSL 3.0L24 v-6 injap menggunakan rod penyambung titanium palsu; Tempat duduk katup spring titanium digunakan dalam enjin empat silinder berkapasiti tinggi mitsubishi motor; Rantaian titanium juga digunakan dalam kereta porsche. Dengan peningkatan titanium, ia telah digunakan secara meluas dalam penggunaan khas bahagian automotif.


1.1 injap

Menggunakan aloi titanium untuk membuat injap kereta, bukan sahaja dapat mengurangkan berat badan, memanjangkan hayat perkhidmatan, dan kebolehpercayaan yang tinggi, tetapi juga dapat menjimatkan bahan bakar. Injap ekzos selain haba, tahan haus, tetapi juga tanpa plumbum dan kobalt. Adalah biasa bagi pengeluar Amerika menggunakan aloi titanium untuk membuat injap masuk dan ekzos. Injap masuk dibuat daripada aloi ti-6a1-4v, dan injap ekzos diperbuat daripada aloi ti-6a1-2sn -4zn-2mo. Injap asap sinter yang dihasilkan oleh Hitachi telah dibekalkan ke pasaran automotif Jepun.


Howmet pengecoran, sebuah syarikat Amerika, mengeluarkan injap menggunakan pemutus berterusan, masing-masing yang mempunyai satu perempat daripada berat titanium, dengan anggaran pasaran potensi 200 juta injap setahun pada kenderaan baru dan pasaran penggantian tahunan sebanyak 80 juta injap.


1.2 Kerusi injap

Dalam kereta lumba dan kereta sukan, komponen titanium yang paling banyak digunakan ialah kerusi injap, yang biasanya diperbuat daripada aloi ti-6a1-4v. Jepun juga menggunakan aloi ti-5a1-2cr-1fe. Kerana bentuk mudah dan saiznya yang kecil, penambahan mekanikal mudah dibuat dan murah untuk dihasilkan. Ia tidak semestinya memerlukan rawatan permukaan khas, dan boleh mengurangkan berat badan sebanyak 10 hingga 12 gram berbanding kerusi injap keluli.


1.3 Menghubungkan rod

Menggunakan aloi titanium untuk membuat rod penyambung adalah yang paling berkesan untuk mengurangkan berat badan enjin. Bahan yang digunakan untuk rod penyambung adalah terutamanya ti-6a1-4v, dan bahan-bahan lain seperti ti-4a1-2sn-4mn dan ti-7a1-4mo juga sedang dalam pembangunan.


1.4 Crankshaft dan komponen enjin lain

Jepun adalah percubaan yang menghasilkan crankshaft ti-5a1-2cr-fe, yang memerlukan rawatan anti-ikatan dan belum lagi diamalkan. Komponen enjin lain seperti lengan rocker, spring injap dan bolt rod penyambung yang lebih rendah juga boleh dibuat daripada aloi ti-6a1-4v.


Pemangkin aloi ti-3a1-2.5v yang dikembangkan secara khusus di Jepun telah digunakan di kereta perlumbaan mewah 3.ol V6NSX Honda 280hp, mengurangkan berat sebanyak 30% dan menghidupkan enjin sebanyak 700r / min berbanding dengan engkol besi dengan kekuatan keletihan yang sama. Keputusan ini menunjukkan bahawa titanium telah diterima dan berkembang dalam kereta lumba.


1.5. Pulih trakea

Menggunakan muncung ekor titanium / muffler titanium tidak terjejas oleh garam klorin dan pelepasan ekzos sulfur dalam penyebab kakisan, pitting sistem ekzos tidak akan muncul, juga tidak akan kelihatan karat di tempat kimpalan, walaupun logam titanium lembah titanium pusat perdagangan berbanding dengan bahan tradisional - sistem ekzos keluli tahan karat boleh mengurangkan 40% berat badan, meningkatkan ekonomi bahan bakar pada masa yang sama, mempunyai keupayaan kelajuan pantas dan jarak brek yang lebih pendek. Kerana kos titanium yang tinggi, syarikat logam titanium Amerika (Timet) telah membangunkan kaedah rawatan permukaan khas untuk menghasilkan bahagian-bahagian yang dapat membantu memenuhi standard kos pembuat. Chevrolet Corvette Z06 yang baru sudah mempunyai tiub udara pulangan titanium.


1.6 Spring penggantungan

Titanium springs ringan, tahan kakisan, dan mempunyai modulus ricih rendah (yang mengurangkan stereng gegelung spring) berbanding dengan mata air keluli yang digunakan dalam kereta biasa. Timet telah membangunkan sebuah aloi titanium yang direka khas untuk memenuhi keperluan pemasangan kos dan pemasangan pengeluar musim bunga penggantungan automotif. Pada mulanya dihasilkan dalam kuantiti yang kecil, ia digunakan untuk musim penggantungan gear kereta Lupo FSI baru di Eropah di Eropah. Pada Januari 2001, Timet dan Volkswagen mengumumkan penggunaan suspensi mata air titanium dalam model Lupo FSI 2001, yang dijangka menghasilkan 3500 unit.


Springs yang diperbuat daripada titanium adalah 60-70% lebih ringan daripada yang diperbuat daripada keluli. Di dalam kereta keluarga 5-6 tempat duduk yang biasa dibuat di Amerika Syarikat, setiap kereta boleh kehilangan 9kg hingga 13.6kg dengan menggunakan empat mata air suspensi.


1.7 Muffler

Pengisap Titanium hanya 5-6kg, jauh lebih ringan daripada pengadun keluli tahan karat, mudah dikendalikan. Permintaan titanium di sektor automotif di Jepun (permintaan sebenar pada tahun 1999 adalah 457t) kebanyakannya untuk mufflers, terutamanya untuk kenderaan besar (di atas 900cc). Empat pengeluar Jepun yang lebih besar, termasuk Honda dan suzuki, telah menggunakan pengatur titanium. Penghisap titanium kebanyakannya digunakan dalam kereta besar dan kereta bersaiz sederhana individu. Rintangan kakisan, kekuatan dan kualiti permukaan titanium di bawah penilaian.


Pada tahun 2000 Chevrolet Corvette 206, GM telah menggantikan sistem keluli tahan karat 20kg dengan sistem peredam titanium 11,8 kg dan sistem paip ekzos, dengan kekuatan yang sama. Beratnya dikurangkan sebanyak 4l%, kereta itu lebih cepat, lebih fleksibel dan menjimatkan bahan bakar.


1.8 Badan kenderaan dan bahagian lain

Timet percaya titanium boleh digunakan dalam bentuk lain komponen kenderaan isi rumah untuk mengurangkan berat badan dan meningkatkan ketahanan, termasuk komponen enjin, komponen gear memandu, sistem penggantungan dan komponen struktur. Seperti batang pusat penyerap kejutan, kacang-kacangan dan bolt, batang kawalan, pengikat, batang pendorong, pendakap blok, girder portal, omboh penunjuk brek, rod penyambung enjin, bolt pin, injap, spring injap dan tempat duduk.


Dengan aloi titanium ti-6a1-4v pembuatan plat klac, plat tekanan dan lain-lain komponen penghantaran, baru-baru ini mula mengeluarkan shell aloi titanium dengan pencetakan berputar yang tinggi, berbanding dengan shell keluli, boleh mengurangkan kesan kerosakan roda bolasepak, supaya penampan menjadi mudah. Para cendekiawan Jepun telah merancang satu gabungan gelongsor mati yang baru dan mengembangkan satu lagi gegancu untuk kereta dengan cara membentuk garis bawah.


1.9 Pengikat

Titanium boleh digunakan bukannya keluli untuk pelbagai jenis pengikat. Pengikat Titanium adalah layak atau perlu untuk kenderaan cahaya masa hadapan.


2. Status titanium automotif dan aloi titanium


2.1 AS

Negara-negara yang menggunakan titanium paling banyak di dalam kereta mereka adalah Amerika Syarikat dan Jepun. Pertama sekali, Amerika Syarikat sangat penting dalam penggunaan titanium dalam kereta. Amerika Syarikat telah mengeluarkan injap pengambilan titanium, injap ekzos, penahan injap, rod penyambung dan komponen lain untuk kereta lumba, dan 50t titanium digunakan setiap tahun di dalam kereta. 1996 titanium di Las Vegas di persatuan antarabangsa untuk pameran menunjukkan timet yang dibuat daripada sistem ekzos auto titanium titanium auto, Chrysler dan syarikat GM mencipta prototaip titanium dan sistem ekzos murni komersil, penilaian pengeluaran berskala besar sedang berjalan: GM juga di Timetal - 62 - s dan Timetal - LCB aci, dan mempertimbangkan aloi ke dalam pengeluaran besar - besaran. Satu lagi kereta berprestasi tinggi Amerika, NSX Acura, juga menggunakan hubungan titanium, contoh titanium yang dihasilkan secara besar-besaran untuk hubungan automotif. Syarikat motor Ford telah mengenal pasti beberapa komponen aloi titanium untuk aplikasi automotif sebagai spring ti-3a1-8v-6cr-4mo-4zr, injap masuk ti-6a1-4v dan injap pelindung, ti-6a1-2sn-4zr-2mo, Injap ekzos 6a1-2sn-4zr-2mo-0.1si. Mata air titanium yang dikeluarkan oleh syarikat sekitar tahun 1989 menimbang satu pertiga sebanyak mata air keluli bersamaan dan lebih kecil dan lebih padat. Injap pengambilan dan ekzos yang dihasilkan boleh memanjangkan jarak pernafasan kereta dengan galon sebanyak 3 hingga 4 peratus. Apabila injap digabungkan dengan spring titanium, penggunaan bahan api enjin dapat dikurangkan.


Satu siri aloi titanium kos rendah telah dibangunkan di Amerika Syarikat. Sebagai contoh, Timet dan GM telah membangunkan aloi Timetal 62S (ti-6a1-2fe-0.1si) untuk digunakan dalam komponen enjin kereta, dengan prestasi yang lebih baik daripada ti-6a1-4v dan kos 15% ~ 25% lebih rendah daripada ti-6a1- 4v. Timetal crankxt, aloi titanium yang baru dibangunkan oleh Timet untuk motosikal dan sistem ekzos kereta, adalah aloi ti-fe-si-o. Fraksi jisim tertinggi dalam aloi adalah 0.5% Fe. 0.6% Si; 0.15% O. Syarikat menghasilkan 3.2t ingot datar oleh lebur rasuk elektron dalam satu masa, yang dilancarkan sejuk ke dalam gegelung strip dengan spesifikasi 1.65 ~ 0.91mm selepas rolling panas.


The timetal1100 (ti-6al-2.7 sn-4zr-0.4 mo-0.45si) injap ekzos aloi telah dibangunkan oleh syarikat peleburan titanium di Amerika Syarikat dengan rintangan rayap dan rintangan pengoksidaan pada 6000 ℃. Timetal Timetal LCB (Fe Ti - 4.5-6.8 Mo - 1.5 A1), direka khas untuk pasaran kereta, prestasi komprehensifnya sangat baik, terutamanya prestasi anti keletihan adalah lebih baik daripada aloi titanium lain, Timetal LCB metastable aloi titanium beta adalah sejenis kos rendah, unsur penggabungan utama adalah rendah Fe-Mo aloi, kekuatan hasil lebih tinggi daripada 900 mpa, kadar pemanjangan adalah kira-kira 18%, prestasi sebagai kekuatan tinggi keluli, berbanding dengan menggunakan aluminium molibdenum perantaraan aloi, menggunakan besi molibdenum boleh mengurangkan kos sebanyak 25% ~ 33%. Mata air suspensi LCB telah digunakan dalam trak perlumbaan luar jalan, yang mempunyai dua kelebihan selain mengurangkan berat kenderaan: masa tindak balas yang lebih cepat daripada mata air keluli, dan dengan itu perjalanan yang lebih lancar; Pengurangan berat 60%, pengurangan volum sebanyak 25%, hidup lebih daripada empat kali musim bunga keluli. Produk prestasi tinggi Manley menghasilkan injap titanium ti-1000 dan ti-6a1-2sn-4zr-2mo, yang telah digunakan dalam pelbagai jenis motosikal RACES.


2.2 Jepun

Titanium telah digunakan dalam kereta lumba dan beberapa kereta sukan di Jepun selama 20 tahun, tetapi tidak dalam kereta penumpang yang berhati-hati kos. Sebagai contoh, nissan R382 memenangi grand prix Jepun kerana injap titaniumnya. Pada masa ini, titanium dan aloinya dalam aplikasi automotif terutamanya bahagian enjin spring, rod kereta, rod penyambung, bahagian standard, roda, injap kuasa dan sebagainya. Menurut pengalaman Jepun, penggunaan 0.8 ~ 0.9kg / sekeping titanium dalam injap kuasa automotif adalah bersamaan dengan penurunan berat badan sebanyak 20kg / sekeping.


Banyak kajian telah dilakukan di Jepun untuk membangunkan titanium untuk aplikasi automotif. Institut penyelidikan teknologi masa depan telah membangunkan SAT64AW, SAT64HM, SAT325HM, ti-20v-4a1-lsn dan lain-lain aloi titanium automotif. AT64HM, aloi SAT325HM mempunyai pemprosesan terma yang baik, prestasi penggerudian dan anti-keletihan, atau melakukan penggerudian rod yang lebih banyak penggerudian, kos pemotongan lebih rendah. Alloy ti-2v-4a1 yang dibangunkan oleh mitsubishi motor corporation Jepun mempunyai kebolehkerjaan yang baik dan sesuai untuk pembuatan batang injap. Injap asap dan ekzos ti-6al-4v yang dibuat oleh Jepun, penipuan lembah titanium meningkatkan prestasi enjin dan kelajuan 10 hingga 15 peratus. Perlu diingat bahawa pada pameran kereta antarabangsa ke-29 yang diadakan di Tokyo, Jepun pada tahun 1992, panel badan titanium dan kereta enjin pencemaran tenaga penjimatan tenaga titanium telah dipamerkan untuk kali pertama, yang menarik perhatian semua peserta. Pada tahun 1996, sebuah kereta solar buatan jepun dengan titanium dalam bahagian strukturnya memenangi perlumbaan kereta solar dunia keempat. Titanium pertama kali digunakan dalam pengeluaran besar-besaran premium NSX v-6, kemudian di dalam kelas injap coupe Toyota yang tukar, yang memenangi anugerah di Jepun pada tahun 1998. Injap pengambilan dibuat dari aloi ti-6a1-4v / TiB dengan metalurgi serbuk, dan injap ekzos dibuat daripada aloi ti-al-zr-sn-nb-mo-si / TiB dengan rintangan haba. Enjin kereta itu 2000cc, dengan satu injap pengambilan 279 dan lapan injap 249 ekzos. Jumlah titanium kereta ialah 408g. Apabila bahan mentah adalah keluli, beratnya masing-masing adalah 40.Og dan 44.6g, dan jumlah berat injap lebih daripada dua kali ganda daripada titanium. Kereta itu juga menggunakan titanium untuk musim bunga injapnya, yang mengurangkan beratnya dari 43g hingga 36g. Toyota pada mulanya menghasilkan 4,000 kereta baru, separuh daripada mereka titanium.


Perbadanan keluli Datong di Jepun telah membangunkan satu jenis aloi aluminium titanium yang baru, yang boleh digunakan dalam pembuatan injap ekzos enjin kereta. Susunan aloi aluminium titanium yang baru ini adalah ti-33.5 a1-1nb-0.5 cr-0.5si (wt%), di mana Nb dan Si ditambah untuk meningkatkan ketahanan pengoksidaan dan rintangan rayapan. Berbanding dengan keluli tahan karat martensit tahan panas dan aloi asas nikel yang biasanya digunakan untuk injap ekzos, aloi dicirikan oleh graviti tertentu yang kecil (hanya separuh daripada keluli tahan panas martensit) dan kekonduksian terma yang baik. Institut penyelidikan bahan logam Jepun dan Institut penyelidikan mekanikal dan logam Korea, penggunaan unsur campuran serbuk aloi dan serbuk secara saksama bercampur, vakum sintering, tekanan isostatik panas menjadi dua aloi kos rendah, dengan sifat tegangan, rayap dan keletihan yang sangat baik, yang diharapkan dijadikan bahagian automotif.


Ciri-ciri yang diperlukan aloi titanium yang digunakan dalam sistem ekzos kereta mestilah mematuhi 4 perkara berikut: (1) kekuatan yang mencukupi pada suhu tinggi di atas 600 ℃ dan pengurangan kekuatan kecil selepas penggunaan yang panjang. (2) pengurangan ketebalan dinding yang disebabkan oleh pengoksidaan pada suhu tinggi melebihi 700 ℃ sangat kecil. (3) pada suhu bilik, titanium tulen kelas JIS 2 dan astmgr.2 (selepas ini dirujuk sebagai gr.2) mempunyai kebolehbuktikan yang sama (membongkok harta, membiak harta, harta kesan mendalam, dan sebagainya) seperti di atas. (4) pada suhu tinggi di atas 600 ℃, sukar untuk mengubah bentuk beban tertentu dengan kekuatan hasil kurang daripada 0.2% suhu untuk masa yang lama, iaitu rintangan rayap yang baik. Konsep reka bentuk Ti-lcu dan ti-1cu-0.5 Nb dan sifat-sifat cemerlang (kebolehbentukan pada suhu bilik, kekuatan pada suhu tinggi, rintangan pengoksidaan, rintangan kilauan) untuk sistem ekzos automotif yang dibangunkan oleh Nippon steel co., LTD. Aloi ini mencapai pengoksidaan yang rendah melalui penambahan Cu, dan penambahan Nb yang diperlukan menghasilkan kelahiran konsep-konsep baru yang tidak terdapat dalam idea reka bentuk aloi asal, seperti super-tix 10CU dan super-tix 1OCUNB, yang telah digunakan secara meluas sebagai bahan ekzos automotif. Seperti super-tix 10CU sejak tahun 2007 telah digunakan dalam suzuki siri GSX suar untuk keperluan rintangan haba bahagian-bahagian. Ia telah digunakan pada nissan gt-rspec-v sejak 2009 dan pada muffler EGOIST gt-r sejak 2010, dengan pengurangan berat kira-kira 30% berbanding keluli tahan karat. Super-tix 10CUNB digunakan oleh Akrapovic, pengeluar komponen ekzos terbesar di Eropah, bukan sahaja dalam motosikal, tetapi juga sebahagian daripada muffler kereta. Aloi ini digunakan sepenuhnya untuk kebolehkerjaan yang tinggi dan kekuatan suhu tinggi, rintangan pengoksidaan tinggi dan rintangan rayapan pada suhu bilik. Reka bentuk aloi dan keadaan pembuatan sesuai.


2.3 Di China

China bersungguh-sungguh menjalankan promosi titanium automotif. Pertama melalui laman web, surat khabar, majalah dan bentuk promosi lain, titanium