کاربرد آلیاژ تیتانیوم در تولید سبک خودرو

آلیاژهای تیتانیوم و آلیاژهای تیتانیوم دارای ویژگی های چگالی کم ، خواص مکانیکی عالی ، سازگاری بیولوژیکی خوب ، مقاومت در برابر خوردگی ، مقاومت در برابر درجه حرارت بالا و مقاومت بالا در دمای پایین هستند. در حال حاضر ، آنها به طور گسترده ای در ساخت خودرو استفاده می شود. چگالی آلیاژ تیتانیوم تنها 60٪ از فولاد است و مقاومت آن می تواند به بیش از 800MPa برسد. هنوز هم خواص مکانیکی خوبی را در حدود 500 درجه سانتیگراد حفظ می کند و خصوصیات جوشکاری و شکل گیری آن نیز خوب است. بیش از 20 سال پیش در ساخت اتومبیل های مسابقه ای مورد استفاده قرار گرفته است. ضمن بهبود عملکرد موتور ، کیفیت موتور مسابقه را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد.

در حال حاضر ، اجزای آلیاژ تیتانیوم مورد استفاده در ساخت خودرو عمدتا در سیستم های اگزوز اتومبیل ، سیستم موتور ، سیستم انتقال قدرت و کاهش ارتعاش و قطعات قاب بدنه خودرو توزیع می شوند.

1. سیستم اگزوز

مواد سیستم اگزوز اتومبیل لازم است که دارای خواص مکانیکی دمای بالا و مقاومت در برابر خوردگی عناصر S و Cl باشند. اجزای سنتی شیر اگزوز از فولاد ضد زنگ ساخته شده اند ، اما مشخص شده است که آلیاژهای تیتانیوم از نظر عملکرد مناسب تر برای مواد دریچه اگزوز هستند.

لوله برگشتی تیتانیوم به کار رفته در ماشین جدید شورولت کوروت Z206 به طور مثر از خوردگی حفره ای و خوردگی جوش بر روی لوله فولاد ضد زنگ جلوگیری می کند ، در حالی که باعث بهبود کارایی احتراق سوخت و سرعت شتاب گیری و کوتاه شدن ترمز می شود.

Timet ، بزرگترین تولید کننده تیتانیوم در ایالات متحده ، متعهد به تحقیق و توسعه و ساخت سیستم های اگزوز آلیاژ تیتانیوم است و بسیاری از شرکت های ژاپنی نیز کارهای تحقیق و توسعه مرتبط را انجام داده اند. در حال حاضر ، شرکت صنایع سنگین فوجی ، آموزشی ویبولیتین تعداد محدودی از 440 مجموعه سیستم اگزوز خودرویی آلیاژ تیتانیوم را تولید کرده است. نای

2. سیستم موتور

سیستم موتور خودرو پرکاربردترین قسمت از آلیاژ تیتانیوم در زمینه خودرو است. کاربرد آلیاژ تیتانیوم در سیستم موتور عمدتاً شامل سوپاپ ، میله اتصال ، میل لنگ ، نشیمن سوپاپ و سایر قطعات است.

شرکت هوندا [39] ژاپن از میله های اتصال تیتانیوم جعلی در موتور VS-6 مسابقه ای NSX استفاده می کند. میتسوبیشی موتور از صندلی های فنر دریچه تیتانیوم در موتورهای چهار سیلندر با ظرفیت بالا و اتومبیل های پورشه نیز از میله های اتصال تیتانیوم استفاده می کنند.

(1) سوپاپ

از نظر دریچه های آلیاژ تیتانیوم ، ایالات متحده و ژاپن کارهای تحقیقاتی زیادی انجام داده اند. در حال حاضر ، ایالات متحده به طور کلی از آلیاژ Ti-6Al-4V برای ساخت دریچه های ورودی و آلیاژ Ti-6Al-2Sn-4Zr-2M o برای ساخت دریچه های خروجی استفاده می کند. در حالی که در ژاپن است تویوتا از آلیاژ Ti-6Al-4V / Ti B برای شیر ورودی و آلیاژ Ti-Al-Zr-Sn-Mo-Nb-Si / Ti B برای شیر اگزوز استفاده می کند. این نوع آلیاژهای تیتانیوم همگی دارای خواص مکانیکی دمای بالا ، مقاومت در برابر اکسیداسیون و مقاومت در برابر خزش هستند که به طور م effectivelyثر عملکرد موتور را بهبود می بخشند و باعث تسریع در وسایل نقلیه می شوند.

(2) صندلی سوپاپ

صندلی های سوپاپ آلیاژی تیتانیوم به طور گسترده ای در اتومبیل های اتومبیلرانی و اسپرت مورد استفاده قرار گرفته اند. سالانه بیش از 250،000 مجموعه تولید می شود. آنها عمدتا از آلیاژ Ti-6Al-4V یا Ti-5Al-2Cr-1Fe ساخته شده اند. از آنجا که شکل صندلی سوپاپ نسبتاً ساده است ، از آن استفاده می شود. الزامات ماشینکاری زیاد نیستند و به سطح خاصی نیاز نیست ، هزینه نسبتاً ارزان است و تأثیر آن در کاهش وزن خودرو مشهود است.

(3) میله اتصال

استفاده از میله های اتصال آلیاژ تیتانیوم می تواند به طور موثر کیفیت موتور را کاهش داده و عملکرد خودرو را بهبود بخشد. در حال حاضر ، ماده اصلی آماده سازی آلیاژ Ti-6Al-4V است. شرکت ژاپنی دایدو ، در حال حاضر در حال تولید آلیاژ دو فاز تیتانیوم Ti-3Al-2V-0.2Si-0.47Ce-0.27La است که دارای ماشینکاری خوب و خواص مکانیکی عالی ، خواص خستگی و مقاومت در برابر خوردگی است. ، انتظار می رود در قسمت های میله اتصال موتور که به سرعت شتاب می گیرند و کاهش می یابند ، مورد استفاده قرار گیرد.

(4) میل لنگ

اگرچه در حال حاضر از میل لنگ های آلیاژ تیتانیوم زیاد استفاده نشده است ، آلیاژ Ti-3Al-2.5V که به طور خاص توسط ژاپن تولید شده است ، در مورد اتومبیل های مسابقه ای هوندا تأیید شده است. در حالی که به طور موثر کیفیت را کاهش می دهد ، دور موتور 700r / min افزایش یافته است ، که این نشان می دهد تیتانیوم برتری میل لنگ آلیاژی دارد. در همان زمان ، ژاپن میل لنگ های آلیاژی Ti-5Al-2Cr-Fe به صورت آزمایشی تولید کرده است و انتظار می رود که آلیاژهای تیتانیوم به طور گسترده تری در قطعات میل لنگ استفاده شود.

3. سیستم میرایی

جز component اصلی سیستم تعلیق میرایی خودرو فنر تعلیق است. در مقایسه با فولاد عمومی فنر اتومبیل ، آلیاژ تیتانیوم دارای مقاومت ویژه بالاتر و مدول برشی پایین تر ، و مقاومت در برابر خستگی بالاتر است ، و آن را برای ساخت فنرهای میرایی خودرو مناسب تر می کند. از آنجا که انحراف فنر مستقیماً متناسب با تعداد دورها و متناسب عکس با مدول برشی ماده است ، فنر آلیاژ تیتانیوم به شرط دستیابی به همان پاسخ فنر ، به پیچهای کمتر از فنر فولادی احتیاج دارد ، که به طور موثر کاهش می یابد کیفیت بهار. ، صرفه جویی در فضا

در عین حال ، فنر آلیاژ تیتانیوم نیز می تواند به طور م effectivelyثر فرکانس تشدید فنر را افزایش دهد و عمر مفید آن را افزایش دهد. در حال حاضر ، بیشتر فنرهای آلیاژ تیتانیوم از آلیاژ تیتانیوم β یک فاز ساخته شده اند. شرکت فولکس واگن آلمان در بعضی از خودروها از فنرهای دنده ای آلیاژی تیتانیوم Lupo FSI استفاده کرده و مقدار آن در حدود 3500 است.

4. قاب بدنه

از نظر اجزای قاب بدنه اتومبیل ، مقاومت ویژه بالاتر ، چگالی کمتر و مقاومت در برابر خوردگی خوب آلیاژ تیتانیوم نشان می دهد که ماده خوبی برای تهیه قاب های بدنه خودرو است. در حال حاضر ، برخی از شرکت های اتومبیل سازی از آلیاژهای تیتانیوم در قطعاتی مانند براکت های دنده و پیستون های کولیس ترمز استفاده کرده اند. در حال حاضر از بین اجزای انتقال ، ژاپن در حال توسعه یک فرآیند چرخشی بالا برای تهیه پوسته های آلیاژ تیتانیوم است. در مقایسه با پوسته های فولادی ، روده های آلیاژ تیتانیوم بهتر می توانند از تأثیر چرخ فلک بکاهند و اثر بالشتکی بهتری داشته باشند.

علاوه بر این ، از آلیاژهای تیتانیوم در اتصال دهنده های خودرو و سایر اجزا نیز استفاده شده است. با توسعه مداوم فناوری آماده سازی آلیاژهای تیتانیوم و صنعت خودرو ، مطمئناً از آلیاژهای تیتانیوم در قطعات خودرو بیشتر استفاده خواهد شد.

5. اهمیت آلیاژهای تیتانیوم در سبک وزن خودروها

م institutionsسسات تحقیقاتی خارجی محاسبه کرده و دریافته اند که وقتی کیفیت خدمات خودرو&# 39 10٪ کاهش می یابد ، می توان مصرف سوخت را 6٪ تا 8٪ کاهش داد. مطالعات همچنین نشان داده است که به ازای هر 91 کیلوگرم کاهش وزن ، می توان به طور متوسط ​​0.43 کیلومتر در هر لیتر سوخت را طی کرد. بنابراین ، با توسعه مداوم اقتصاد کشور من&# 39 و افزایش مداوم تعداد اتومبیل ها ، سبک بودن اتومبیل ها به یکی از راه های مهم در کاهش مصرف انرژی و کاهش آلودگی هوا تبدیل شده است.

مواد آلیاژ تیتانیوم و آلیاژ تیتانیوم در حال حاضر به دلیل خواص فیزیکی و شیمیایی عالی در قطعات خودرو بسیار مورد استفاده قرار می گیرند. استفاده از مواد تیتانیوم نه تنها به طور م theثر عملکرد و ضریب ایمنی خودرو را بهبود می بخشد ، بلکه همچنین در سبک بودن خودرو نیز نقش مهمی ایفا می کند ، به طور موثر کیفیت خدمات&# 39 خودرو را کاهش می دهد و مصرف سوخت را کاهش می دهد .

در مقایسه با سیستم سنتی فولاد ضد زنگ ، مونتاژ لوله برگشتی نازل اگزوز تیتانیوم در سیستم اگزوز خودرو استفاده می شود ، که می تواند وزن را حدود 8.2 کیلوگرم کاهش دهد. استفاده از محصولات آلیاژ تیتانیوم برای جایگزینی مواد سنتی فولاد و چدن در قطعات موتور مانند شیرآلات و میله های اتصال می تواند کیفیت موتور را به طور م reduceثر کاهش دهد.

طبق تحقیقات صنعت خودرو ژاپن ، استفاده از حدود 0.8 کیلوگرم ماده تیتانیوم برای شیرهای قدرت خودرو معادل اثر 20 کیلوگرم قطعات فولادی است. هر صندلی شیر تیتانیوم می تواند وزن حدود 10 گرم را در مقایسه با صندلی شیر فولادی کاهش دهد. حتی از میلگردها و میل لنگ نیز در آلیاژهای تیتانیوم استفاده می شود ، که بیشترین تأثیر را در کاهش جرم موتور دارند.

در سیستم میرایی لرزش ، هر فنر آلیاژ تیتانیوم می تواند جرم را بیش از 60٪ در مقایسه با فنرهای فولادی کاهش دهد. بر اساس 4 فنر تعلیق در هر خودرو ، پس از تغییر به فنرهای آلیاژی تیتانیوم ، هر وسیله نقلیه می تواند 9 ~ 13.6 کیلوگرم وزن را کاهش دهد. علاوه بر این ، جرم صدا خفه کن آلیاژ تیتانیوم فقط 5 ~ 6 کیلوگرم است که 40٪ سبک تر از صدا خفه کن فولاد ضد زنگ است.

با استفاده از یک اتومبیل متوسط ​​متوسط ​​، اگر از قطعات موجود آلیاژ تیتانیوم موجود برای جایگزینی قطعات سنتی استفاده شود ، وزن حاشیه اتومبیل&# 39 از حدود 1500 کیلوگرم به حدود 1000 کیلوگرم کاهش می یابد ، کاهش وزن نرخ می تواند به 30 reach برسد و مصرف سوخت کلی می تواند 20 کاهش یابد. در بالا ، این امر تا حد زیادی مصرف سوخت جهان را کاهش می دهد و به طور موثر مشکلات کمبود انرژی و آلودگی محیط زیست را کاهش می دهد.

داده های فوق نشان می دهد که استفاده از آلیاژهای تیتانیوم تأثیر قابل توجهی در کاهش وزن خودروها دارد. در صنعت اتومبیل مدرن ، فناوری کاربرد آلیاژهای تیتانیوم و آلیاژهای تیتانیوم در قطعات خودرو باید به طور مداوم توسعه یابد تا نسبت آلیاژهای تیتانیوم در خودرو افزایش یابد.

در حال حاضر ، استفاده از آلیاژ تیتانیوم در صنعت خودرو [39] کشور من&هنوز در مرحله آزمایشی است. مشکل اصلی این است که هزینه مواد آلیاژ تیتانیوم بسیار زیاد است و پردازش قطعات دشوار است.

بنابراین ، وظیفه اصلی در آینده باید کاهش قیمت قطعات آلیاژ تیتانیوم با توسعه مواد آلیاژی تیتانیوم ارزان ، کاهش هزینه تولید مواد اولیه آلیاژ تیتانیوم و بهبود بهره وری پردازش قطعات آلیاژ تیتانیوم با بهبود فناوری پردازش باشد.

تجربه خارجی نشان داده است که تنها ترکیب طراحی و ساخت خودرو و تحقیق و توسعه آلیاژ تیتانیوم می تواند مواد آلیاژ تیتانیوم با کیفیت بالاتر را برای خودروها فراهم کند.

اعتقاد بر این است که با تعمیق مداوم تحقیق و توسعه ، آلیاژهای تیتانیوم و تیتانیوم به طور فزاینده ای در صنعت مدرن اتومبیل [39] کشور من&نقش مهمی بازی می کنند و توسعه مداوم صنعت خودرو را تقویت می کنند.

نیکول