In de afgelopen jaren hebben met de snelle ontwikkeling van de auto -industrie problemen zoals brandstofverbruik, milieubescherming en veiligheid steeds meer aandacht getrokken. Vooruitkijkend zal de toekomstige richting van de auto -industrie zich richten op lichtgewicht, verminderd brandstofverbruik en lagere emissies. Volgens statistieken van gezaghebbende internationale organisaties wordt 60% van de energie van brandstofverbranding in auto's verbruikt door het eigen gewicht van het voertuig. Hoewel dunne stalen platen, aluminium, magnesium-, metaalmatrixcomposieten en plasticharsen van hoge sterkte, hebben al een rol gespeeld bij het verminderen van het voertuiggewicht, heeft de opkomst van industriële titaniummaterialen een betere optie voor de productie van automotive geboden.
Titaniummetaal biedt voordelen zoals lage dichtheid, hoge specifieke sterkte en uitstekende corrosieweerstand. Het gebruik van titanium in auto's kan het voertuiggewicht aanzienlijk verminderen, het brandstofverbruik verlagen, de motorefficiëntie verbeteren en de omgevingsprestaties verbeteren en tegelijkertijd het geluid verminderen. De hoge kosten van titaniumlegeringen hebben hun toepassing echter voornamelijk beperkt tot luxe en sportwagens, met zeldzaam gebruik in gewone voertuigen. Daarom is het onderzoeken en ontwikkelen van goedkope titaniumlegeringen die aan de markteisen voldoen, de sleutel tot het promoten van hun toepassing in reguliere consumentenvoertuigen.
Huidige toepassingen van titaniumlegeringen in de auto -industrie
Hoewel titaniumlegeringen veel worden gebruikt in ruimtevaart-, petrochemische en scheepsbouwindustrie, is hun toepassing in de auto -industrie traag geweest. Beginnend met de eerste All-Titanium-auto ontwikkeld door General Motors in 1956, bereikten titanium automotive componenten pas in de jaren tachtig massaproductieniveaus. In de jaren negentig, met de toenemende vraag naar luxe auto's, sportwagens en raceauto's, zagen titaniumcomponenten een snelle ontwikkeling. Globaal titaniumgebruik van de automotive was slechts 50 ton in 1990, toegenomen tot 500 ton in 1997, 1.100 ton in 2002 en 3, 000 ton in 2009. Het wordt naar verwachting 5, 000 ton tegen 2015. Momenteel worden de volgende titanium -alloegcomponenten gebruikt:
Motorverbindingsstaven:
Titaniumlegeringen zijn een ideale keuze voor het aansluiten van staven. Titanium verbindingsstaven kunnen het motorgewicht effectief verminderen, de brandstofefficiëntie verbeteren en de uitstoot verminderen. In vergelijking met stalen staven kunnen titaniumstaven het gewicht verminderen met 15%–2 0%. Toepassingen omvatten Ferrari's 3.5L V8 en de NSX -motoren van Acura. Gemeenschappelijk materiaal omvatten ti -6 al -4 v, ti -10 v {-2 fe -3 al, ti -3 al -2. 0v, en Ti -4 Al -4 mo-sn -0. 5Si.
Motoren:
Titaniumkleppen verminderen het gewicht, verlengen de levensduur van de services, het lagere brandstofverbruik en verbeteren de betrouwbaarheid. In vergelijking met stalen kleppen kunnen titaniumkleppen het gewicht met 30% - 40%verminderen en het motortoerental met 20%verhogen. Gemeenschappelijke materialen omvatten ti -6 al -4 V voor inlaatkleppen en ti -6242 s voor uitlaatkleppen. Andere veelbelovende legeringen zijn ti -62 s en -tial.
Klepveerhouder:
Hoge sterkte en vermoeidheidsweerstand zijn essentieel voor klepveerhouders. Beta titanium legeringen, zoals ti -15 v -3 cr -3 al -3 Sn en ti -15 mo -3 al -2. 7nb {8}. Mitsubishi heeft ti -22 V -4} al vaste houders gebruikt, waardoor het gewicht met 42%wordt verminderd.
Titaniumveren:
Titaniumlegeringen hebben een lagere elastische modulus dan staal, waardoor ze geschikt zijn voor elastische componenten. Titaniumveren zijn 30% - 40% lichter dan staalveren en bieden een betere vermoeidheid en corrosieweerstand. Gemeenschappelijke materialen omvatten ti -4. 5fe -6. 8mo -1. 5al en ti -13 v -11 cr -3 al.
Turbolader:
Turbocompressoren verbeteren de motorefficiëntie en stroom. Turbinotrotors vereisen een hoge warmtebestendigheid, welke titaniumlegeringen zoals tial bieden. Mitsubishi Lancer Evolution -modellen hebben met succes tial turbinotrotors gecommercialiseerd.
Uitlaatsystemen en dempers:
Titanium wordt veel gebruikt in uitlaatsystemen om de betrouwbaarheid te verbeteren, de levensduur te verlengen, het gewicht te verminderen en de brandstofefficiëntie te verbeteren. Titanium uitlaatsystemen zijn 40% lichter dan stalen systemen. Industrieel puur titanium wordt vaak gebruikt.
Lichaamsframes:
Titanium's hoge specifieke sterkte en taaiheid maken het geschikt voor lichaamsframes. In Japan worden pure titanium gelaste buizen gebruikt om de veiligheid en betrouwbaarheid te verbeteren.
Andere componenten:
Titanium wordt ook gebruikt in motorrop -armen, ophangingen, zuigerpennen, bevestigingsmiddelen, deurstralen, remklauwzuigers en koppelingsplaten.
Voordelen van titaniumlegeringen
Lichtgewicht: Vermindert het voertuiggewicht en verbetert de brandstofefficiëntie.
Hoge specifieke sterkte: Verbetert de prestaties en veiligheid.
Corrosieweerstand: Verlengt de levensduur van de component.
Ruis- en trillingsreductie: Verbetert het rijcomfort.
Beperkingen van titaniumlegeringen
Hoge kosten: De primaire barrière voor wijdverbreid gebruik in de auto -industrie.
Vormbaarheid en lasbaarheid: Uitdagingen in productie en verwerking.
Onderzoek naar titaniumlegeringen voor automotive
Huidig onderzoek richt zich op het verlagen van de kosten door:
Goedkope legeringssystemen: Legeringen ontwikkelen met goedkope elementen zoals Fe, Cr, Si en Al.
Geavanceerde verwerkingstechnologieën: Koud smeden en poedermetallurgie (bijv. Spuitgieten) om de productiekosten te verlagen.
Conclusie
De volgende generatie automotive -ontwerp benadrukt lichtgewicht, verminderd brandstofverbruik, lager geluid en geminimaliseerde trillingen om te voldoen aan strikte milieu -eisen. In deze context is Titanium klaar om een belangrijke materiële keuze te worden voor toekomstige voertuigen. Om de kosten verder te verlagen, moet onderzoek zich richten op:
Het ontwikkelen van goedkope legeringssystemen met minimaal gebruik van dure elementen.
Het bevorderen van smeed- en koudvormende technologieën voor bèta-titaniumlegeringen.
Het verbeteren van poedermetallurgie -technieken om de prestaties te verbeteren en de kosten te verlagen.
Naarmate de economie groeit en de titaniumkosten dalen, zullen meer ingenieurs titanium kiezen voor auto -componenten, waardoor de belangrijke rol in de auto -industrie worden versterkt.
