Toepassing van titaniumlegering in lichtgewicht automobielproductie

Titanium en titaniumlegeringen hebben de kenmerken van lage dichtheid, uitstekende mechanische eigenschappen, goede biocompatibiliteit, corrosieweerstand, hoge temperatuurbestendigheid en goede taaiheid bij lage temperaturen. Momenteel worden ze veel gebruikt in de automobielindustrie. De dichtheid van titaniumlegering is slechts 60% van die van staal en de sterkte kan meer dan 800 MPa bereiken. Het behoudt nog steeds goede mechanische eigenschappen bij ongeveer 500 ° C, en de las- en vormeigenschappen zijn goed. Het wordt meer dan 20 jaar geleden gebruikt bij de productie van raceauto's. De kwaliteit van de racemotor aanzienlijk verminderen en tegelijkertijd de motorprestaties verbeteren.

Op dit moment worden componenten van titaniumlegering die in de automobielindustrie worden gebruikt, voornamelijk gedistribueerd in uitlaatsystemen van auto's, motorsystemen, transmissie- en trillingsreductiesystemen en carrosseriedelen van auto's.

1. Uitlaatsysteem

Materialen voor auto-uitlaatsystemen moeten goede mechanische eigenschappen bij hoge temperaturen hebben en bestand zijn tegen corrosie van S- en Cl-elementen. Traditionele uitlaatklepcomponenten zijn gemaakt van roestvrij staal, maar het is gebleken dat titaniumlegeringen qua prestaties beter geschikt zijn voor uitlaatklepmaterialen.

De titanium retourleiding die in de nieuwe Chevrolet Corvette Z206-auto wordt gebruikt, vermijdt effectief putcorrosie en lascorrosie op de roestvrijstalen buis, terwijl ook de brandstofverbranding en het acceleratievermogen worden verbeterd en de remweg wordt verkort.

Timet, de grootste titaniumfabrikant in de Verenigde Staten, zet zich in voor onderzoek en ontwikkeling en productie van uitlaatsystemen van titaniumlegeringen, en veel Japanse bedrijven hebben ook gerelateerd onderzoeks- en ontwikkelingswerk uitgevoerd. Op dit moment heeft Fuji Heavy Industries Co., Ltd. een beperkt aantal van 440 sets uitlaatsystemen van titaniumlegeringen geproduceerd. luchtpijp.

2. Motorsysteem:

Het automotorsysteem is het meest gebruikte onderdeel van een titaniumlegering op het gebied van auto's. De toepassing van titaniumlegering in het motorsysteem omvat voornamelijk klep, drijfstang, krukas, klepzitting en andere onderdelen.

Japan's Honda Motor Company gebruikt gesmede titanium drijfstangen in de NSX Racing V-6-motor; Mitsubishi Motors gebruikt titanium klepveerzittingen in viercilindermotoren met hoge capaciteit, en Porsche-auto's gebruiken ook titanium drijfstangen.

(1) ventiel

Op het gebied van kleppen van titaniumlegering hebben de Verenigde Staten en Japan veel onderzoekswerk verricht. Op dit moment gebruiken de Verenigde Staten over het algemeen een Ti-6Al-4V-legering om inlaatkleppen te maken en een Ti-6Al-2Sn-4Zr-2M o-legering om uitlaatkleppen te maken; terwijl Toyota in Japan Ti-6Al-4V/Ti B-legering gebruikt voor de inlaatklep en Ti-Al-Zr-Sn-Mo-Nb-Si/Ti B-legering voor de uitlaatklep. Deze soorten titaniumlegeringen hebben allemaal goede mechanische eigenschappen bij hoge temperaturen, oxidatieweerstand en kruipweerstand, die de motorprestaties effectief verbeteren en voertuigen versnellen.

(2) klepzitting

Ventielzittingen van titaniumlegeringen worden veel gebruikt in race- en sportwagens. Jaarlijks worden er meer dan 250.000 sets geproduceerd. Ze zijn voornamelijk gemaakt van Ti-6Al-4V of Ti-5Al-2Cr-1Fe legering. Omdat de vorm van de klepzitting relatief eenvoudig is, wordt deze gebruikt in de bewerkingsvereisten zijn niet hoog en er is geen speciale oppervlaktebehandeling vereist, de kosten zijn relatief goedkoop en het effect is duidelijk bij het verminderen van het gewicht van de auto.

(3) Drijfstang

Het gebruik van drijfstangen van titaniumlegeringen kan de kwaliteit van de motor effectief verminderen en de prestaties van de auto verbeteren. Op dit moment is het belangrijkste voorbereidingsmateriaal de Ti-6Al-4V-legering. Japan Daido Co., Ltd. ontwikkelt momenteel een tweefasige titaniumlegering Ti-3Al-2V-0.2Si-0.47Ce-0.27La, die een goede bewerkbaarheid en uitstekende mechanische eigenschappen, vermoeiingseigenschappen en corrosieweerstand heeft. , Het wordt verwacht te worden gebruikt in de drijfstangdelen van de motor die snel accelereren en vertragen.

(4) krukas

Hoewel krukassen van titaniumlegering momenteel niet op grote schaal worden gebruikt, is de speciaal door Japan ontwikkelde Ti-3Al-2.5V-legering geverifieerd op Honda-raceauto's. Terwijl de kwaliteit effectief is verminderd, is het motortoerental verhoogd met 700 t/min, wat bewijst dat titanium de superioriteit van een gelegeerde krukas. Tegelijkertijd heeft Japan proefgeproduceerde krukassen van Ti-5Al-2Cr-Fe-legeringen, en de verwachting is dat titaniumlegeringen op grotere schaal zullen worden gebruikt in krukascomponenten.

3. Dempingssysteem

Het kernonderdeel van het dempingssysteem voor auto's is de veer. In vergelijking met algemeen verenstaal voor auto's heeft titaniumlegering een hogere specifieke sterkte en lagere afschuifmodulus en een hogere vermoeiingssterkte, waardoor het geschikter is voor de vervaardiging van dempingsveren voor auto's. Omdat de doorbuiging van de veer recht evenredig is met het aantal windingen en omgekeerd evenredig met de afschuifmodulus van het materiaal, heeft de veer van titaniumlegering minder windingen nodig dan een stalen veer onder de voorwaarde dat dezelfde veerrespons wordt bereikt, wat effectief de lente kwaliteit. , Bespaar ruimte.

Tegelijkertijd kan de veer van titaniumlegering ook de resonantiefrequentie van de veer effectief verhogen en de levensduur verlengen. Op dit moment zijn de meeste veren van titaniumlegeringen gemaakt van eenfasige β titaniumlegering. De Duitse Volkswagen-onderneming heeft in sommige auto's Lupo FSI-tandwielveren van titaniumlegering gebruikt, en het aantal is ongeveer 3.500.

4. Lichaamsframe

Wat betreft de onderdelen van het carrosserieframe, wijzen de hogere specifieke sterkte, lagere dichtheid en goede corrosieweerstand van titaniumlegering erop dat het een goed materiaal is voor het vervaardigen van carrosserieframes. Op dit moment hebben sommige autofabrikanten titaniumlegeringen gebruikt op onderdelen zoals versnellingsbeugels en remklauwzuigers. Van de transmissiecomponenten ontwikkelt Japan momenteel een hoogspinproces voor het vervaardigen van behuizingen van titaniumlegeringen. In vergelijking met stalen behuizingen kunnen behuizingen van titaniumlegering de impact van het vliegwiel beter verminderen en een beter dempend effect hebben.

Bovendien zijn titaniumlegeringen ook gebruikt in bevestigingsmiddelen voor auto's en andere componenten. Met de voortdurende ontwikkeling van de technologie voor de voorbereiding van titaniumlegeringen en de auto-industrie, zullen titaniumlegeringen zeker op grotere schaal worden gebruikt in auto-onderdelen.

5. De betekenis van titaniumlegeringen voor het lichtgewicht van auto's

Buitenlandse onderzoeksinstellingen hebben berekend en geconstateerd dat wanneer de kwaliteit van een auto's onderhoud met 10% daalt, het brandstofverbruik met 6% tot 8% kan worden verminderd. Studies hebben ook aangetoond dat voor elke 91 kg gewichtsverlies, gemiddeld 0,43 km per liter brandstof kan worden afgelegd. Met de voortdurende ontwikkeling van de economie van mijn land' en de voortdurende toename van het aantal auto's, is het lichtgewicht van auto's daarom een ​​van de belangrijke manieren geworden om het energieverbruik en de luchtvervuiling te verminderen.

Materialen van titanium en titaniumlegeringen worden momenteel veel gebruikt in auto-onderdelen vanwege hun uitstekende fysische en chemische eigenschappen. Het gebruik van titaniummaterialen verbetert niet alleen effectief de prestatie- en veiligheidsfactor van de auto, maar speelt ook een belangrijke rol in het lichtgewicht van de auto, waardoor de kwaliteit van de auto's onderhoud effectief wordt verminderd en het brandstofverbruik wordt verminderd .

In vergelijking met het traditionele roestvrijstalen systeem wordt het titanium uitlaatmondstuk-retourpijpsamenstel gebruikt in het uitlaatsysteem van auto's, waardoor het gewicht met ongeveer 8,2 kg kan worden verminderd. Het gebruik van producten van titaniumlegering ter vervanging van traditionele staal- en gietijzeren materialen in motoronderdelen zoals kleppen en drijfstangen kan de kwaliteit van de motor effectief verminderen.

Volgens het onderzoek van de Japanse auto-industrie is het gebruik van ongeveer 0,8 kg titaniummateriaal voor vermogenskleppen voor auto's gelijk aan het effect van 20 kg stalen onderdelen; elke titanium klepzitting kan het gewicht van ongeveer 10 g verminderen in vergelijking met stalen klepzittingen; zelfs stangen en krukassen worden gebruikt in titaniumlegeringen, die het meest effectief zijn voor het verminderen van de motormassa.

Op het trillingsdempingssysteem kan elke veer van titaniumlegering de massa met meer dan 60% verminderen in vergelijking met stalen veren. Gebaseerd op 4 ophangveren per voertuig, na het overschakelen op veren van titaniumlegering, kan elk voertuig het gewicht met 9 ~ 13,6 kg verminderen. Bovendien is de massa van de geluiddemper van titaniumlegering slechts 5 ~ 6 kg, wat 40% lichter is dan de roestvrijstalen geluiddemper.

Als we een gewone middelgrote auto als voorbeeld nemen, als de bestaande auto-onderdelen van titaniumlegering worden gebruikt om de traditionele onderdelen te vervangen, zal het leeggewicht van de auto' worden verlaagd van ongeveer 1500 kg tot ongeveer 1000 kg, de gewichtsvermindering tarief kan oplopen tot 30%, en het totale brandstofverbruik kan worden verminderd met 20%. Hierboven zal dit het brandstofverbruik van de wereld aanzienlijk verminderen en de problemen van energietekort en milieuvervuiling effectief verlichten.

De bovenstaande gegevens laten zien dat het gebruik van titaniumlegeringen een significant effect heeft op het verminderen van het gewicht van auto's. In de moderne auto-industrie moet de toepassingstechnologie van titanium en titaniumlegeringen in auto-onderdelen continu worden ontwikkeld om het aandeel titaniumlegeringen in auto's te vergroten.

Momenteel bevindt de toepassing van titaniumlegeringen in de auto-industrie van mijn land' zich nog in de proeffase. Het grootste probleem is dat de kosten van titaniumlegeringsmaterialen te hoog zijn en dat de onderdelen moeilijk te verwerken zijn.

Daarom zou de belangrijkste taak in de toekomst moeten zijn om de prijs van onderdelen van titaniumlegeringen te verlagen door goedkope titaniumlegeringsmaterialen te ontwikkelen, de productiekosten van grondstoffen van titaniumlegeringen te verlagen en de verwerkingsefficiëntie van onderdelen van titaniumlegeringen te verbeteren door de verwerkingstechnologie te verbeteren.

Buitenlandse ervaring heeft aangetoond dat alleen de combinatie van auto-ontwerp en fabricage en onderzoek en ontwikkeling van titaniumlegeringen kan zorgen voor hoogwaardige titaniumlegeringsmaterialen voor auto's.

Er wordt aangenomen dat met de voortdurende verdieping van onderzoek en ontwikkeling, titanium en titaniumlegeringen een steeds belangrijkere rol zullen spelen in de moderne auto-industrie van mijn land' en de voortdurende ontwikkeling van de auto-industrie zullen bevorderen.

Nicole