Posljednjih godina, sa brzim razvojem automobilske industrije, sve su više zabrinjavajući problemi potrošnje goriva, zaštite okoliša i sigurnosti koju stvaraju automobili. Radujući se budućem smjeru automobilske industrije, lagana, niska potrošnja goriva i manje emisije je tema razvoja. Prema statističkim podacima međunarodnih institucija, 60% automobilske potrošnje energije sagorijevanja goriva u vlastitoj kvaliteti, iako je trenutni tanki čelik visoke čvrstoće, aluminij, magnezij, kompoziti metalne matrice i plastični smolni materijali u smanjenju težine automobila igrali veliku ulogu. ulogu, ali pojava industrijskih titanijumskih materijala čini da proizvodnja automobila ima bolji izbor.
Metalni titan ima prednosti niske gustine, visoke specifične čvrstoće i dobre otpornosti na koroziju, upotreba titanijumskih materijala u automobilima može uvelike smanjiti kvalitetu karoserije, smanjiti potrošnju goriva, poboljšati efikasnost motora, poboljšati životnu sredinu i smanjiti buku. Ali skupa cijena, pravljenje legure titana u automobilskoj industriji može biti samo u luksuznim modelima i sportskim automobilima ima neke primjene, u običnom automobilu rijetko se koristi. Stoga je istraživanje i razvoj jeftine legure titanijuma kako bi se zadovoljile potrebe tržišta ključ za promicanje njegove primjene u običnim obiteljskim automobilima.
Primena legure titanijuma u automobilskoj industriji
Iako se legura titana naširoko koristi u svemirskoj, petrohemijskoj i pomorskoj industriji, ali primjena u automobilskoj industriji se polako razvija. Od 1956. godine, General Motors Sjedinjenih Država uspješno je razvio prvi potpuno titanijumski automobil, titanijumske autodijelove do 1980-ih da bi dostigao nivo masovne proizvodnje, 1990-ih sa luksuznim automobilima, sportskim automobilima, trkaćim automobilima potražnja raste iz godine u godinu, titanijum dijelovi su se brzo razvijali. 1990. svjetska količina titana u automobilskoj industriji od samo 50t u 1997. godini dostigla je 500t u 2002. da bi dostigla 1100t u 2009. godini, što je količina titana u automobilskoj industriji. Godine 1990. količina titanijuma korišćenog u svetskom automobilu bila je samo 50t, 1997. dostigla je 500t, 2002. dostigla je 1100t, 2009. dostigla je 3000t, a očekuje se da će količina titanijuma koja se koristi u svetskim automobilima premašiti 5000t u 2015.
1. Klipnjača motora
Titanijumska legura je idealan izbor za materijal klipnjače. Klipnjače motora napravljene od legure titanijuma mogu efikasno da smanje kvalitet motora, poboljšaju iskorišćenje goriva i smanje ispuh. U poređenju sa čeličnim klipnjačama, titanijumske klipnjače mogu smanjiti masu za 15% do 20%. Primena titanijumskih klipnjača prvi put je realizovana u novim Ferrari 3.5LV8 i Acura NSX motorima u Italiji. Materijali koji se koriste za klipnjače od legura titanijuma su uglavnom Ti-6Al-4V, Ti-10V-2Fe-3Al, Ti-3 Al-2.0V i Ti-4Al-4Mo-Sn-0.5Si, itd. Ostali materijali od legura titana, kao što je Ti-4Al{{ 19}}Si-4Mn i Ti-7M-4Mo, također se razvijaju za upotrebu u klipnjačama.
2. Ventil motora
Ventili motora automobila napravljeni od legure titana ne samo da mogu smanjiti kvalitetu i produžiti vijek trajanja, već i smanjiti potrošnju goriva i poboljšati pouzdanost automobila. Titanijumski ventili u poređenju sa čeličnim ventilima, kvalitet se može smanjiti za 30% do 40%, granična brzina motora može se povećati za 20%. Što se tiče trenutnih primjena, materijal usisnih ventila je uglavnom Ti-6Al-4V, a materijal izduvnih ventila uglavnom Ti-6242S. Obično se Sn i Al dodaju zajedno kako bi se dobila manja lomljivost i veća čvrstoća; Dodatak Mo može poboljšati svojstva termičke obrade titanijumskih legura, ojačati čvrstoću kaljenih i ostarjelih legura titanijuma i istovremeno povećati tvrdoću. Ostale legure titana sa razvojnim potencijalom su:
(1) usisni ventil se može koristiti Ti-62S, njegove karakteristike su ekvivalentne Ti-6Al-4V, i jeftinije.
(2) mogu se koristiti izduvna vrata Ti-6Al-2Sn-4.0Zr-0.4-Mo-0 .45Si, zbog nižeg sadržaja Mo, pa je njegova otpornost na latentnu otpornost od Ti-6242S superiornija, otporna na oksidaciju temperature do 600 stepeni.
(3) može se koristiti ispušni ventil -TiAl, koji ima visoku temperaturnu otpornost i malu težinu, ali obrada nije prikladna za tradicionalnu metodu kovanja, pogodna je samo za livenje i obradu metalurgije praha.
3. Sjedalo opruge ventila
Visoka čvrstoća i otpornost na zamor je sjedalo opruge ventila mora imati performanse legure titana za tip legura toplinske obrade, može biti tretman starenjem u čvrstom rastvoru za postizanje visoke čvrstoće, odgovarajući prikladniji materijali su Ti - 15V {{1 }}Cr - 3Al - 3Sn i Ti - 15Mo - 3Al - 2.7Nb - 0.2Si. Mitsubishi Motors u proizvodnji automobila u velikoj mjeri za korištenje TI-22V - 4Al titanijumske legure ventila opruge, TI{12}}V - 4Al titanijumske legure ventila opružno sedište je pogodno za proizvodnju automobila. 4Al titanijum legure ventila opruge sjedišta, u usporedbi s originalnim čeličnim zasunom za smanjenje mase od 42%, sklop ventila smanjuje inerciju mase od 6%, maksimalna brzina motora povećana za 300r/min.
4. Opruge od legure titanijuma
Titan i njegove legure imaju nizak modul elastičnosti u odnosu na čelične materijale, vrijednost σs/E je velika, pogodna za proizvodnju elastičnih komponenti. U poređenju sa čeličnim automobilskim oprugama, pod pretpostavkom istog elastičnog rada, visina titanijumskih opruga je samo 40% čeličnih opruga, a kvalitet je samo 30% do 40% čeličnih opruga, što je pogodno za dizajn karoserija automobila. Osim toga, titanijumska legura odlične performanse zamora i otpornost na koroziju mogu poboljšati vijek trajanja opruge. Trenutno, materijali od legura titanijuma dostupni za proizvodnju automobilskih opruga su Ti-4.5Fe6.8Mo-1.5Al i Ti-13V11C-3Al i tako dalje.
5.Turbopunjač
Turbopunjač može poboljšati efikasnost sagorijevanja motora i povećati snagu i obrtni moment motora. Rotor turbine turbopunjača mora dugo da radi na visokoj temperaturi izduvnih gasova iznad 850 stepeni, tako da je potrebna dobra otpornost na toplotu. Konvencionalni laki metali kao što su legure aluminijuma ne mogu se koristiti zbog niskih tačaka topljenja. Iako su keramički materijali korišćeni u rotorima turbina zbog njihove male težine i otpornosti na visoke temperature, njihova upotreba je ograničena visokim troškovima i nemogućnošću optimizacije njihovog oblika. Kako bi riješili ove probleme, Tetsui et al. razvio TiAl rotor turbine, koji je testiran i dokazano da ima ne samo dobru izdržljivost i efikasnost, već i poboljšano ubrzanje motora. Ovaj dizajn je uspješno komercijaliziran u seriji Mitsubishi Lancer Evolution.
6.Izduvni sistem i prigušivač
Titan se u velikim količinama koristi u izduvnim sistemima automobila. Izduvni sistemi napravljeni od titanijuma i njegovih legura ne samo da poboljšavaju pouzdanost, dugovečnost i izgled, već i smanjuju masu i poboljšavaju efikasnost sagorevanja goriva. Masa izduvnog sistema od titanijuma može se smanjiti za oko 40% u poređenju sa čeličnim izduvnim sistemom. U Golf seriji, masa titanijumskog izduvnog sistema može se smanjiti za 7 do 9 kg, a titanijumski materijal koji se koristi u izduvnom sistemu je uglavnom čisti titanijum.
Masa prigušivača od titanijuma je samo 5-6 kg, lakša je od prigušivača od nerđajućeg čelika itd. Automobil Chevrolet CorvetteZ06 iz 2000. sa titanijumskim prigušivačem od 11,8 kg i sistemom izduvnih cevi umesto originalnog sistema od nerđajućeg čelika od 20 kg, kvalitet 41% smanjenja. Zamjenski sistem ima istu snagu i čini automobil bržim, upravljivijim i štedljivijim. Titanijum koji se koristi za prigušivač je takođe uglavnom čisti titanijum.
7. Sekcija okvira karoserije
Kako bi se poboljšala sigurnost i pouzdanost automobila, potrebno je razmotriti aspekte dizajna i proizvodnje, posebno materijala koji se koriste u proizvodnji. Titanijum je odličan materijal za okvire karoserije, ne samo zbog svoje visoke specifične čvrstoće već i zbog svoje žilavosti. U Japanu, proizvođači automobila biraju zavarene cijevi od čistog titanijuma za izradu okvira karoserije, što može učiniti da se vozači osjećaju dovoljno sigurnim tokom vožnje.
8. Ostale komponente od titanijuma
Osim gore navedenih komponenti, titan se također koristi u klackalicama motora, oprugama ovjesa, klipovima motora, automobilskim pričvršćivačima, navrtkama, izbočenim gredama automobilskih vrata, nosačima automobilskih zupčanika, klipovima kočionih čeljusti, klinovima, potisnim pločama, dugmadima mjenjača i automobilsku ploču kvačila i druge automobilske dijelove.
