In de afgelopen jaren, met de snelle ontwikkeling van de auto -industrie, hebben het brandstofverbruik, milieubescherming en veiligheidsproblemen gegenereerd door auto's steeds meer aandacht getrokken. Ik kijk uit naar de toekomstige ontwikkelingsrichting van de auto -industrie, lichtgewicht, laag brandstofverbruik en lage emissies zijn de ontwikkelingsthema's. Volgens statistieken van internationale gezaghebbende afdelingen wordt 60% van de energie van de verbranding van de auto -brandstof verbruikt door zijn eigen gewicht. Hoewel dunne stalen platen met hoge sterkte, aluminium, magnesium, composietmaterialen op basis van metaal en plastic hars, een rol hebben gespeeld bij het verminderen van het gewicht van auto's, heeft de opkomst van industriële titaniummaterialen de productie van automobiel tot een betere keuze gemaakt.
Titaniummetaal heeft de voordelen van lage dichtheid, hoge specifieke sterkte en goede corrosieweerstand. Het gebruik van titaniummaterialen in auto's kan het gewicht van het auto -lichaam sterk verminderen, het brandstofverbruik verminderen, de werkefficiëntie van de motor verbeteren, het milieu verbeteren en het geluid verminderen. De hoge prijs zorgt echter dat titaniumlegeringen slechts enkele applicaties hebben in luxemodellen en sportwagens in de auto -industrie, en zelden in gewone auto's. Daarom is onderzoek en ontwikkeling van goedkope titaniumlegeringen die voldoen aan de marktbehoeften de sleutel tot het promoten van de toepassing ervan in gewone huishoudelijke auto's.
Huidige toepassing van titaniumlegeringen in de auto -industrie
Hoewel titaniumlegeringen op grote schaal zijn gebruikt in ruimtevaart, petrochemische en scheepsbouwindustrie, heeft hun toepassing in de auto -industrie zich langzaam ontwikkeld. Sinds de succesvolle ontwikkeling van de eerste All-Titanium-auto door General Motors in de Verenigde Staten in 1956, bereikten Titanium Auto-onderdelen het niveau van de massaproductie pas in de jaren tachtig. In de jaren negentig, met de toenemende vraag naar luxe auto's, sportwagens en raceauto's, hebben titaniumonderdelen zich snel ontwikkeld. In 1990 was de hoeveelheid titanium die in auto's wereldwijd werd gebruikt, slechts 50 ton, die 500 ton bereikte in 1997, 1100 ton in 2002, en 3000 ton in 2009. Er wordt verwacht dat de hoeveelheid titanium die in auto's wereldwijd wordt gebruikt, in 2015 meer dan 5000 tons zal bedragen in 2015. Op dit moment worden de volgende titanium -alloeg.
1. Motorverbindingsstang
Titaniumlegering is een ideale keuze voor het aansluiten van staafmaterialen. Motorverbindingsstaven gemaakt van titaniumlegering kunnen de motorkapelmassa effectief verminderen, de brandstofefficiëntie verbeteren en het uitlaatvolume verminderen. In vergelijking met stalen verbindingsstaven kunnen titaniumverbindingsstaven de massa met 15% verminderen tot 2 0%. De toepassing van titaniumlegering verbindingsstaven werd voor het eerst weerspiegeld in de nieuwe Italiaanse Ferrari 3.5LV8- en Acura NSX -motoren. De materialen die worden gebruikt voor titaniumlegering van verbindingsstaven voor titanium zijn voornamelijk ti {-6 al -4 v, ti {-10 v -2 fe -3 al, ti -3 al {11}}}. 0V en Ti -4 al -4 mo-sn -0. 5Si, en andere titaniumlegeringsmaterialen zoals ti -4 al -2 si -4 mn en ti {21}} m {22} {22} {22}} mo zijn ook ontwikkeld voor gebruik Rods.
2. Motorkleppen
Automotorkleppen gemaakt van titaniumlegering kunnen niet alleen het gewicht verminderen en de levensduur verlengen, maar ook het brandstofverbruik verminderen en de betrouwbaarheid van de auto verbeteren. In vergelijking met stalen kleppen kunnen titaniumkleppen het gewicht met 30%tot 40%verminderen en kan de motorlimietsnelheid met 20%worden verhoogd. Wat de huidige toepassingen betreft, is het inlaatklepmateriaal voornamelijk ti -6 al -4 v, en het uitlaatklepmateriaal is voornamelijk ti -6242 s. Meestal worden SN en AL bij elkaar opgeteld om lagere brosheid en hogere sterkte te verkrijgen; De toevoeging van MO kan de warmtebehandelingsprestaties van titaniumlegering verbeteren, de sterkte van een blus en verouderde titaniumlegering verbeteren en de hardheid vergroten. Andere titaniumlegeringen met ontwikkelingspotentieel zijn:
1) De inlaatklep kan worden gemaakt van ti -62 s, die dezelfde kenmerken heeft als ti -6 al -4 v en is goedkoper.
2) De uitlaatklep kan worden gemaakt van ti -6 al -2 sn -4. 0 zr -0. 4- mo -0. 45Si. Vanwege het lagere MO -gehalte is de kruipweerstand beter dan ti -6242 s en de oxidatiebestendigheidstemperatuur kan 600 graden bereiken.
3) De uitlaatklep kan worden gemaakt van -tial, die de kenmerken heeft van de weerstand van hoge temperatuur en lichtgewicht, maar het is niet geschikt voor verwerking door traditionele smeedmethoden en is alleen geschikt voor giet- en poedermetallurgie.
3. Klep Springstoel
Hoge sterkte en vermoeidheidsweerstand zijn de eigenschappen die klepveerstoelen moeten hebben. -Titanium-legering is een warmtebehandelbare legering die hoge sterkte kan verkrijgen door middel van veroudering van vaste oplossingen. De overeenkomstige meer geschikte materialen zijn ti -15 v -3 cr -3 al {-3 sn en ti -15 mo -3 al {{-2. 7nb {10}}. 2Si. Mitsubishi Motors gebruikt Ti -22 V -4 Al Titanium Allove Springstoel op zijn massa-geproduceerde auto's, die de massa met 42% vermindert in vergelijking met de originele stalen slot, vermindert de inertiële massa van het klepmechanisme met 6% met 6% met 6% en verhoogt de maximale motorsnelheid met 300R/MIN.
4. Titaniumlegering Spring
Titanium en zijn legeringen hebben een lagere elastische modulus en een grote σs/E -waarde ten opzichte van staalmaterialen, en zijn geschikt voor de productie van elastische componenten. Vergeleken met stalen autospellen, onder het uitgangspunt van hetzelfde elastische werk, is de hoogte van titaniumveren slechts 40% van die van stalen veren, en de massa is slechts 30% tot 40% van die van stalen veren, wat handig is voor lichaamsontwerp. Bovendien kunnen de uitstekende vermoeidheidsprestaties en corrosieweerstand van titaniumlegeringen de levensduur van bronnen vergroten. Momenteel omvatten titaniumlegeringsmaterialen die kunnen worden gebruikt om automotive veren te produceren Ti -4. 5Fe6.8mo -1. 5al en ti -13 V11c -3 al.
5. Turbocompressor
Turbocompressoren kunnen de verbrandingsefficiëntie van de motor verbeteren en het vermogen en het koppel van de motor verbeteren. De turbinotrotor van de turbocompressor moet lange tijd werken in uitlaatgas op hoge temperatuur boven 850 graden, dus het vereist een goede hittebestendigheid. Traditionele lichtmetalen zoals aluminiumlegeringen kunnen niet worden gebruikt vanwege hun lage smeltpunt. Hoewel keramische materialen worden gebruikt in turbinotrotors vanwege hun lichtgewicht en een goede weerstand van hoge temperatuur, is hun toepassing beperkt vanwege hoge kosten en het onvermogen om de vorm te optimaliseren. Om deze problemen op te lossen, Tetsui et al. ontwikkelde de TIAL -turbine -rotor. Na vele tests en verificaties heeft het niet alleen een goede duurzaamheid en efficiëntie, maar kan het ook de versnelling van de motor verbeteren. Dit ontwerp is met succes gecommercialiseerd in de Evolution -serie van Mitsubishi Lancer.
6. Uitlaatsysteem en uitlaat
Titanium wordt in grote hoeveelheden gebruikt in het uitlaatsysteem van auto's. Uitlaatsystemen gemaakt van titanium en zijn legeringen kunnen niet alleen de betrouwbaarheid verbeteren, de levensduur verlengen en het uiterlijk verbeteren, maar ook het gewicht verminderen en de brandstofverbrandingsefficiëntie verbeteren. In vergelijking met stalen uitlaatsystemen kunnen titaniumuitlaatsystemen het gewicht met ongeveer 40%verminderen. In de golfreeks van auto's kan het gewicht van titaniumuitlaatsystemen worden verminderd met 7 tot 9 kg. Momenteel is het titanium dat wordt gebruikt in uitlaatsystemen voornamelijk industrieel puur titanium.
Het gewicht van een titaniumdemper is slechts 5 tot 6 kg, wat lichter is dan dempers zoals roestvrij staal. De 2000 Chevrolet Corvette Z06 maakt gebruik van een titaniumdemper van 11,8 kg en uitlaatpijpsysteem om het oorspronkelijke roestvrijstalen systeem van 20 kg te vervangen, waardoor het gewicht met 41%wordt verminderd. De sterkte van het vervangen systeem blijft ongewijzigd en de auto is sneller, flexibeler en zuiniger. Het titanium dat in de uitlaat wordt gebruikt, is ook voornamelijk industrieel puur titanium.
7. Bodyframe -deel
Om de veiligheid en betrouwbaarheid van de auto te verbeteren, is het noodzakelijk om rekening te houden met het ontwerp- en productieaspecten, met name de productiematerialen. Titanium is een goed materiaal voor het maken van lichaamsframes. Het heeft niet alleen een hoge specifieke sterkte, maar heeft ook een goede taaiheid. In Japan kiezen autofabrikanten voor pure titaniummetaal gelaste buizen om lichaamsframes te maken, waardoor chauffeurs zich veilig genoeg kunnen voelen tijdens het rijden.
8. Andere titaniumlegeringsonderdelen
Naast de bovenstaande onderdelen wordt titanium ook gebruikt in motorrop -armen, suspensieveren, motorpistonpennen, automotive bevestigingsmiddelen, wielmoeren, autodeuruitsteekbundels, autostopbeugels, remklauwzuigers, pin -bouten, drukplaten, schakelbakken en auto -koppelingsschijven en andere automobielonderdelen.
Toepassing van titaniumlegeringen
1. Voordelen
Titaniumlegeringen hebben de voordelen van lichtgewicht, hoge specifieke sterkte en goede corrosieweerstand, dus ze worden veel gebruikt in de auto -industrie. De meest gebruikte titaniumlegering is het automotive -motorsysteem. Er zijn veel voordelen aan het gebruik van titaniumlegeringen om motoronderdelen te produceren, voornamelijk gemanifesteerd in:
1) De lage dichtheid van titaniumlegeringen kan de traagheidsmassa van bewegende delen verminderen. Tegelijkertijd kunnen titaniumklepveren de vrije trillingen verhogen, de trillingen van het autorichaam verminderen en het motortoerental en uitgangsvermogen vergroten.
2) Verminder de traagheidsmassa van bewegende delen, waardoor de wrijving wordt verminderd en de brandstofefficiëntie van de motor wordt verbeterd.
3) De keuze van titaniumlegering kan de belastingsstress van gerelateerde onderdelen verminderen en de grootte van onderdelen verminderen, waardoor het gewicht van de motor en het hele voertuig wordt verminderd.
4) De vermindering van de traagheidsmassa van onderdelen vermindert trillingen en ruis en verbetert de prestaties van de motor.
De toepassing van titaniumlegering in andere delen kan het comfort van personeel en de schoonheid van de auto verbeteren. Bij de toepassing van de auto -industrie speelt Titanium Alloy een onmetelijke rol in energiebesparing en consumptiereductie.
2. Toepassingsbeperkingen
Hoewel onderdelen van titaniumlegering zulke superieure prestaties hebben, is er nog een lange weg te gaan voordat titanium en zijn legeringen veel worden gebruikt in de auto -industrie. De redenen zijn onder meer dure prijzen, slechte vormbaarheid en slechte lasprestaties.
Met de ontwikkeling van titaniumlegering bijna-netvormingstechnologie en moderne lastechnologieën zoals elektronenstraallassen, plasma-booglassen en laserslassen in de afgelopen jaren zijn de vorm- en lasproblemen van titaniumlegeringen niet langer de belangrijkste factoren die de toepassing van titaniumlegeringen beperken. De belangrijkste reden die de wijdverbreide toepassing van titaniumlegeringen in de auto -industrie belemmert, is nog steeds de hoge kosten.
Of het nu gaat om het initiële smelt van het metaal of de daaropvolgende verwerking, de prijs van titaniumlegeringen is veel hoger dan die van andere metalen. De acceptabele kosten van titaniumonderdelen voor de auto -industrie zijn 8 tot 13 US dollar/kg voor titaniumverbindingsstaven, 13 tot 20 US dollar/kg voor titaniumkleppen en minder dan 8 US dollar/kg voor titaniumveren, uitlaatsystemen en bevestigingssystemen en bevestigingsmiddelen. De kosten van onderdelen geproduceerd met titaniummaterialen zijn echter veel hoger dan deze prijzen. De productiekosten van titaniumplaten zijn meestal hoger dan 33 US dollar/kg, wat 6 tot 15 keer is van aluminiumplaten en 45 tot 83 keer die van stalen platen.
Huidige status van onderzoek naar titaniumlegeringen voor auto's
Momenteel is het verlagen van de kosten de belangrijkste onderzoeksrichting van titaniumlegeringen voor de auto -industrie. Gezien de kenmerken van de kostenverdeling van titaniumlegeringen voor de auto-industrie, bereiken materiaalonderzoeks- en ontwikkelingswerkers voornamelijk het doel van het verlagen van de kosten van de volgende twee aspecten: het ontwikkelen van nieuwe goedkope legeringssystemen en het gebruik van nieuwe verwerkings- en voorbereidingstechnologieën.
1. Nieuw goedkope titaniumlegeringssysteem
Werknemers uit verschillende landen hebben nieuwe goedkope titaniumlegeringssystemen ontwikkeld, voornamelijk gericht op de volgende aspecten: legeringsontwerp met behulp van goedkope legeringselementen en legeringsontwerp om de verwerkingskenmerken te verbeteren. Onder hen zijn Japan en de Verenigde Staten vertegenwoordigers, en mijn land heeft ook met succes twee goedkope titaniumlegeringen ontwikkeld, namelijk Ti8LC en TI12LC. In het ontwerp van goedkope titaniumlegeringscomponenten voor auto's, zijn de veelgebruikte goedkope legeringselementen Fe, Cr, SI, AL, enz.
2. Nieuwe verwerkings- en voorbereidingstechnologie
De verwerkingskosten van titaniumlegeringsmaterialen zijn goed voor meer dan 60% van de totale kosten tijdens het productieproces. Daarom is, wat de kosten verlagen, het verlagen van de verwerkingskosten van titaniumlegeringen een belangrijke onderzoeksrichting geworden. Het onderzoek op dit gebied is voornamelijk verdeeld in twee aspecten: de ene is het verbeteren van het traditionele casting- en smedenproces, en de andere is om poedermetallurgie te gebruiken nabij-netvormende technologie.
In het onderzoek en de ontwikkeling van nieuwe smedenprocessen is Cold Sminging momenteel een van de meest veelbelovende methoden voor titaniumlegeringen om auto -onderdelen te produceren. -Titaniumlegering heeft een lage vervormingsweerstand bij kamertemperatuur en goede snijverwerking en vorming. Het is een materiaal dat koud kan worden gesmeed. Momenteel heeft Japan drie verkoudheid -vervormde -titaniumlegeringen ontwikkeld. -Titanium -legering heeft ook enkele tekortkomingen. Het is gemakkelijk om ongelijke vervorming te produceren tijdens koude smeden en is gemakkelijk te hechten aan de schimmel. Daarom vereist de massaproductie van onderdelen van -titaniumlegering met behulp van koude smeedtechnologie verdere exploratie en ontwikkeling.
In termen van het verlagen van de verwerkingskosten van titaniumlegeringen, is poedermetallurgie een zeer belangrijke technologie. Bij de productie van poedermetallurgie automotive onderdelen is de traditionele dringende methode nog steeds dominant, voornamelijk inclusief de elementpoedermethode (BE) en de pre-gelokte poedermethode (PA). Momenteel is de elementpoedermethode het meest gebruikt op het gebied van goedkope automotive titaniumlegering poeder metallurgie vanwege het eenvoudige proces en lagere kosten. In de afgelopen jaren zijn er ook andere poedermetallurgie -technologieën opgevallen, waaronder laservormingstechnologie, spuitgietgieten van metaalpoeder (MIM) en andere technologieën, die op grote schaal zijn gebruikt bij de proefproductie en productie van complexe auto -onderdelen, die de productontwikkeling en productiecyclus aanzienlijk kunnen verkorten en de kosten verder kunnen verlagen.
Conclusie
De nieuwe generatie auto -ontwerp besteedt meer aandacht aan het lichtgewicht lichaam, een laag brandstofverbruik, lage lawaai en lichte trillingen van de motor om te voldoen aan de steeds strengere omgevingsvereisten. In deze context wordt Light Metal Titanium een belangrijk applicatiemateriaal voor toekomstige auto's.
Rekening houdend met de huidige status van goedkope titaniumlegeringsonderzoek voor auto's, kan worden vastgesteld dat om de kosten van titaniumlegering voor auto's voor auto's verder te verlagen, het volgende onderzoek moet worden gericht op:
1) Probeer bij de ontwikkeling van goedkope legeringssystemen legeringssystemen te ontwikkelen die geen minder dure lichtmetalen elementen gebruiken of gebruiken zonder de prestaties te beïnvloeden, en tegelijkertijd volledig ontwikkelde titaniumlegeringen te ontwikkelen en te gebruiken.
2) Ontwikkel bij de ontwikkeling van casting- en smeedprocessen zich in de richting van het ontwikkelen van -titaniumlegeringen en koudgevormde titaniumlegeringen en voert haalbaarheidsstudies uit naar hun massaproductie.
3) In poedermetallurgie is het noodzakelijk om de prestaties van titaniumdelen verder te verbeteren.
Met de ontwikkeling van de economie en de verlaging van de titaniumkosten zullen meer technische ontwerpers titaniumonderdelen kiezen als auto -onderdelen. Titaniumlegeringen zullen uiteindelijk een belangrijke positie innemen bij de productie van de auto -industrie.
