Razvoj i primena legura titana i titana u automobilskoj industriji

Danas automobili imaju više od 100 godina istoriju i nezamjenjivo su prijevozno sredstvo u našem životu. Lagana težina i visoka čvrstoća Titanauma dugo su bili u fokusu proizvođača automobila. Dolina titana Titanium se koristi u trkačkim automobilima duži niz godina, a skoro svi trenutni trkački automobili koriste titan. Međutim, opći automobilski sektor je razvojno tržište za titan u nastajanju.


Prednosti titanijuma kao materijala za auto-delove su: velika čvrstoća, mala gustoća, modul elastičnosti je oko polovica čelika, nizak koeficijent toplotnog širenja, oko polovina nehrđajućeg čelika i aluminija, nemagnetno, niska toplotna provodljivost, zagađenje okoline . Osim toga, upotreba titana u automobilskoj industriji može značajno smanjiti težinu vozila, smanjiti njegovu potrošnju goriva, poboljšati efikasnost vozila, smanjiti buku.

1. Primjena legura titana u automobilu

Tipični dijelovi od legura od titanijuma u automobilima uključuju: noževe rotora za turbinske punjače izrađene glavnim dijelom, šipke i ventile od legure ti-6a1-4v itd. Kako bi se ostvarili niski troškovi, ti-6a1-4sn-4zr-1nb-1mo Matrica legura od -0,2si-0,3c prašnom metalurgijom dodana je TiB čestica koja raspršuju MMC na bazi titana za proizvodnju ventila motora. Pored spojnih šipki i ventila motora, originalne primjene su i originalne ovjesne opruge s niskom cijenom titanijuma, izrađene od TImetaL LCB. U posljednje vrijeme postignut je napredak u razvoju jeftinih legura od titanijuma za ventile i ispušne motore. Posebno motorni ispušni sustav (prigušivač) na povećanju potražnje za legurom titana u dolini obojenih obojenih metala, tako da je ispušni sustav s razvojem jeftinih legura popularniji.


1956. godine, generalni motori (GM) i njegovi dobavljači sastavili su idealan automobil za izložbenu upotrebu, upotpunjen karoserijom od titanijuma. Od tada, GM je želio koristiti titan u svojim motorima, uključujući ispušne ventile i šipke za spajanje. Neki proizvođači automobila već koriste male količine titanijuma u nekim modelima. Trgovački centar obojenih metala iz doline Titanium, kao što je japanska kompanija Honda iz 1994. godine u NSX trkačkom motoru 3.0L24 ventila v-6 pomoću kovanih šipki od titana; Opružna sedišta sa titanskim ventilima koriste se u četvorocilindričnim motorima visokog kapaciteta mitsubishi motora; Titanijske veze se koriste i u porsche automobilima. Sa sve većim razvojem titanijuma naširoko se koristi u specijalnoj upotrebi automobilskih dijelova.


1.1 Ventil

Korištenjem legura titana za pravljenje ventila za automobile ne samo da može smanjiti težinu, produžiti vijek trajanja i visoku pouzdanost, već također može uštedjeti gorivo. Ispušni ventil pored topline, otporan na habanje, ali i bez olova i kobalta. Američkim proizvođačima je uobičajeno da koriste leguru titanijuma za pravljenje ulaznih i ispušnih ventila. Ulazni ventil je izrađen od legura ti-6a1-4v, a ispušni ventil je od legura ti-6a1-2sn -4zn-2mo. Ventili za nazubljenje sintera proizvođača Hitachi isporučeni su na japansko automobilsko tržište.


Ljevaonica Howmet, američka kompanija, proizvodi ventile koristeći kontinuirano lijevanje, od kojih svaki ima četvrtinu mase titanijuma, s procijenjenim potencijalnim tržištem od 200 milijuna ventila godišnje na novom vozilu i godišnjim tržištem zamjene od 80 miliona ventila.


1.2 Sedište ventila

U trkačkim automobilima i sportskim automobilima najčešće se koristi titanijska komponenta sjedište ventila, koje se obično izrađuje od legure ti-6a1-4v. Japan takođe koristi leguru ti-5a1-2cr-1fe. Zbog svog jednostavnog oblika i male veličine, mehanički dodatak je jednostavan za izradu i jeftin za proizvodnju. Ne zahtijeva nužno posebnu površinsku obradu, a može smanjiti težinu za 10 do 12 grama u odnosu na čelično sjedište ventila.


1.3 Spojni štap

Upotreba legure titanijuma za izradu klipnjača najefikasnija je za smanjenje težine motora. Materijal koji se koristi za spajanje šipki je uglavnom ti-6a1-4v, a u pripremi su i drugi materijali poput ti-4a1-2sn-4mn i ti-7a1-4mo.


1.4 radilice i ostale komponente motora

Japan pokusno proizvodi radilicu od legure ti-5a1-2cr-fe, kojoj je potreban tretman protiv vezivanja i još nije primijenjen u praksi. Ostale komponente motora, poput okretnih poluga, opruga ventila i donjih vijka spojnih šipki, također se mogu izrađivati od legure ti-6a1-4v.


Slobodno rezanje tik-3a1-2,5v legure radilice, posebno razvijeno u Japanu, korišteno je u luksuznom trkačkom automobilu Honda 280ks 3.ol V6NSX, koji smanjuje težinu za 30% i okreće motor za 700r / min u odnosu na čeličnu radilicu. istu snagu umora. Ovi rezultati ukazuju na to da je titan prihvaćen i proširio se u trkačkim automobilima.


1.5. Povratak traheje

Korištenje repnih mlaznica / prigušivača titana ne utječe klor-sol i ispušni sumpor uzrokuje korozija, ispuštanje ispušnog sustava se neće pojaviti, također se neće pojaviti hrđa na mjestu zavarivanja, čak i obojeni metali u dolini titana trgovački centar u usporedbi s tradicionalnim materijalom - ispušni sustav od nehrđajućeg čelika može istovremeno smanjiti 40% težine, poboljšati uštedu goriva, ima mogućnost brze brzine i kraći put kočenja. Zbog visokih troškova titanijuma, američka kompanija za proizvodnju metala od titana (Timet) razvila je posebnu metodu površinske obrade za proizvodnju dijelova koji mogu pomoći u ispunjavanju troškova troškova proizvođača automobila. Nova Chevrolet Corvette Z06 već ima zračnu cijev za povratni zrak od titana.


1.6 Opruga ogibljenja

Opruge od titana su lagane, otporne na koroziju i imaju modul niskog smicanja (koji smanjuje upravljanje opružnom zavojnicom) u usporedbi sa čeličnim oprugama koje se koriste u uobičajenim automobilima. Timet je razvio leguru titanijuma posebno dizajniranu da udovolji troškovima i potrebama sastavljanja proizvođača automobilskih opruga za ovjes. Prvobitno proizveden u malim količinama, korišten je za oprugu zupčanika zupčanika Volkswagenovog novog automobila Lupo FSI u Europi. U januaru 2001. godine, Timet i Volkswagen najavili su upotrebu titanijumskih opružnih opruga u modelu Lupo FSI iz 2001. godine, za koje se očekuje da će proizvesti 3500 jedinica.


Opruge izrađene od titanijuma su 60-70% lakše od čelika. U tipičnom porodičnom automobilu sa 5-6 sjedala proizvedenim u Sjedinjenim Državama, svaki automobil može izgubiti 9kg do 13.6kg pomoću četiri opruge ovjesa.


1.7 Prigušivač

Titanijumski prigušivač od samo 5-6kg, puno je lakši od prigušivača od nehrđajućeg čelika, lak za rukovanje. Potražnja za titanijom u automobilskom sektoru Japana (stvarna potražnja 1999. bila je 457 t) uglavnom je za prigušivače guma, uglavnom za velika vozila (iznad 900 ccm). Četiri japanska veća proizvođača, uključujući Honda i suzuki, usvojila su prigušivače od titanijuma. Prigušivači titana uglavnom se koriste u velikim automobilima i u osobnim automobilima srednje veličine. Otpornost na koroziju, čvrstoću i kvalitetu titana u površini se procenjuju.


U svom Chevrolet Corvette 206, GM je 20-kilogramski sistem od nehrđajućeg čelika zamijenio sistemom prigušivača i ispušnih cijevi od 11,8 kg, s istom čvrstoćom. Masa se smanjuje za 4l%, automobil je brži, fleksibilniji i štedi gorivo.


1.8 Karoserija vozila i ostali dijelovi

Timet smatra da se titanijum može koristiti u drugim oblicima komponenti kućanskih vozila da bi se znatno smanjila težina i poboljšala izdržljivost, uključujući komponente motora, pogonske dijelove zupčanika, sisteme ovjesa i strukturne komponente. Kao što su srednja šipka amortizera, matice i vijci, upravljačke šipke, pričvršćivači, pogonsko vratilo, nosač bloka, nosač portala, klip kočionih čeljusti, klip za povezivanje motora, klin za vijak, ventil, opruga i sjedalo ventila itd.


S legurom titana ti-6a1-4v proizvodnjom ploče kvačila, potisnom pločom i ostalim komponentama prijenosa, nedavno je počeo proizvoditi školjku od legure titana s visokim predenjem u kalupu, u usporedbi sa čeličnom školjkom, može u velikoj mjeri smanjiti utjecaj oštećenja zamašnjaka, tako da tampon postaje lako. Japanski učenjaci dizajnirali su novu kombiniranu kliznu matricu i razvili još jedan zupčanik za automobil pomoću oblikovanja udara.


1.9 Pričvršćivači

Titanijum se može koristiti umjesto čelika za mnoge vrste zatvarača. Pričvršćivači od titana su izvedivi ili potrebni za buduća laka vozila.


2. Status automobilskih legura titana i titana


2.1 SAD

Zemlje koje u svojim automobilima koriste najviše titanijuma su Sjedinjene Države i Japan. Prije svega, Sjedinjene Države pridaju veliki značaj primjeni titanijuma u automobilima. Sjedinjene Države proizvele su ventile za unošenje titana, ispušne ventile, držače ventila, klipnjače i ostale komponente za trkačke automobile, a 50t titanijuma se koristi godišnje u automobilima. Titanijum 1996. godine u Las Vegasu, na međunarodnom udruženju za izložbe, prikazuje Timet napravljen od čistog auto sistema ispušnih sistema od titana, Chrysler i GM kompanija kreirali su komercijalni prototip čistog titanijuma i izduvnih sistema, procena velike proizvodnje je u toku: GM takođe u Timetalu - 62 - s i Timetal - LCB vratilo, i razmišlja o leguri u masovnoj proizvodnji. Drugi američki automobil visokih performansi, NSX Acura, takođe koristi titanove spone, primjer masovno proizvedenog titanijuma za automobilske veze. Fordova automobilska kompanija identificirala je nekoliko komponenti od legure titanijuma za automobilsku primjenu kao opruga ti-3a1-8v-6cr-4mo-4zr, ti-6a1-4v ulazni ventil i držač ventila, ti-6a1-2sn-4zr-2mo i ti- Ispušni ventil 6a1-2sn-4zr-2mo-0,1si. Opruge od titanijuma koje je proizvela kompanija oko 1989. godine težile su trećinu više od ekvivalentnih čeličnih opruga i bile su manje i kompaktnije. Proizvedeni usisni i ispušni ventili mogu produžiti kilometražu automobila na galonu za 3 do 4 posto. Kada se ventil kombinira sa titanijskom oprugom, potrošnja goriva može se smanjiti.


Niz jeftinih legura titana razvijeno je u Sjedinjenim Državama. Na primjer, Timet i GM razvili su leguru Timetal 62S (ti-6a1-2fe-0.1si) koja se koristi u komponentama automobilskih motora, s boljim performansama od ti-6a1-4v i 15% ~ 25% nižim troškovima od ti-6a1- 4v. Timetal crankxt, legura titanijuma koju je novo preduzeće Timet nedavno razvio za motore i automobile izduvnih sistema, je ti-fe-si-o legura. Najveći masni udio legiranih elemenata je 0,5% Fe. 0,6% Si; 0,15% O. Kompanija je proizvela 3,2 t ravnog ingota topljenjem elektronskih snopa u jednom trenutku, koji je nakon vrućeg valjanja hladno valjan u trakaste zavojnice sa specifikacijama 1,65 ~ 0,91 mm.


Legurasti ispušni ventil od legure Timetal1100 (ti-6al-2.7 sn-4zr-0.4 mo-0.45si) razvijen je od strane korporacije za topljenje titana u Sjedinjenim Državama sa otpornošću na puzanje i oksidacijsku otpornost na 6000 ℃. Timet Timetal LCB (Fe Ti - 4,5-6,8 Mo - 1,5 A1) legure posebno je razvijen za tržište automobila, njegove sveobuhvatne performanse su odlične, posebno performanse protiv umora bolje su od bilo koje druge legure titanijuma, Timetal LCB metastabilna legura beta titana je vrsta niskog troška, glavni legirajući element je nizak Fe - Mo legura, jačina prinosa veća od 900 mpa, stopa izduženja je oko 18%, performanse kao čelik visoke čvrstoće, u poređenju s upotrebom intermedijara od aluminija molibdena legura, molibdenovo željezo može smanjiti troškove za 25% ~ 33%. LCB ovjesne opruge korištene su u trkačkim terenskim vozilima, koje osim smanjenja težine vozila imaju i dvije prednosti: brže vrijeme odziva u odnosu na čelične opruge, a samim tim i lakša vožnja; Smanjenje težine od 60%, smanjenje zapremine 25%, životni vijek čelične opruge više od četiri puta. Manley proizvodi visokih performansi proizvode ti-1000 i ti-6a1-2sn-4zr-2mo titanijske ventile, koji se koriste u raznim vrstama motociklističkih RASES.


2.2 Japanci

Titanijum se u Japanu koristi u trkačkim automobilima i nekim sportskim automobilima već 20 godina, ali ne i u putničkim automobilima koji imaju velike cijene. Na primjer, nissan R382 je osvojio veliku nagradu Japana zbog svog titanovog ventila. Trenutno su titanijum i njegova legura u automobilskim primjenama uglavnom dijelovi motora opruga, šipka automobila, klipnjača, standardni dijelovi, točkovi, ventili za napajanje i tako dalje. Prema japanskom iskustvu, upotreba titanijuma od 0,8 ~ 0,9 kg / komad u automobilskim energetskim ventilima ekvivalentna je gubitku težine od 20 kg / komad.


U Japanu je provedeno puno istraživanja radi razvoja titanijuma za automobilsku primjenu. Budući institut za tehnološka istraživanja razvio je SAT64AW, SAT64HM, SAT325HM, ti-20v-4a1-lsn i druge automobilske legure titanijuma. AT64HM, legura SAT325HM ima dobru termičku obradu, bušenje i protiv zamora ili ima više bušenja dijelova spojnih šipki, trošak rezanja je niži. Legura ti-2v-4a1 koju je razvila japanska korporacija mitsubishi motors ima dobru hladnu obradivost i pogodna je za proizvodnju ventilskih šipki. Ulazni i ispušni ventili ti-6al-4v proizvedeni od strane Japana, prevara doline titana poboljšava rad motora i brzine za 10 do 15 posto. Vrijedno je spomenuti da su na 29. međunarodnoj izložbi automobila održane u Tokiju u Japanu 1992. godine karoserijske karoserije od titanijuma i motorni automobili s niskim zagađenjem od titanijuma, koji su prvi put privukli pažnju svih sudionika. 1996. japanski solarni automobil s titanom u strukturalnim dijelovima pobijedio je na četvrtoj svjetskoj utrci solarnih automobila. Titanijum je najprije korišten u masovnoj proizvodnji premium NSX v-6, zatim u klasi ventila Toyota kupe kabriolet, koji je u Japanu osvojio nagradu 1998. Usisni ventil je izrađen od legura ti-6a1-4v / TiB. metalurgijom u prahu, a ispušni ventil je izrađen od ti-al-zr-sn-nb-mo-si / TiB legure sa toplotnom otpornošću. Motor automobila je 2000cc, sa jednim usisnim ventilom od 279 i osam 249 ispušnih ventila. Ukupni titan automobila je 408g. Kada su sirovine čelične, odgovarajuća težina je 40.Og i 44.6 g, a ukupna težina ventila je više nego dvostruko veća od titanijuma. Automobil također koristi titanijum za svoju oprugu ventila, što smanjuje njegovu težinu sa 43g na 36g. Toyota je u početku proizvela 4 000 novih automobila, od čega polovina titanijuma.


Japanska korporacija Datong razvila je novu vrstu legure titanijuma od aluminija koja se može koristiti u proizvodnji ispušnog ventila automobila. Sastav nove legure aluminijuma od titana je ti-33,5 a1-1nb-0,5 cr-0,5si (tež.%), U koji se dodaju Nb i Si za poboljšanje otpornosti na oksidaciju i otpornosti na puzanje. U odnosu na martenzitni čelik otporan na toplinu i osnovnu leguru nikla koji se obično koristi za ispušne ventile, leguru karakteriše mala specifična težina (samo polovica mase čelika otpornog na toplinu od martenzita) i dobra toplinska provodljivost. Japanski institut za ispitivanje metalnih materijala i Korejski institut za mehaničku obradu metala, metoda mešanja elemenata legure u prahu i praška ravnomerno mešana, vakumsko sintranje, vrući izostatski pritisak u dve jeftine legure, sa odličnim svojstvima zatezanja, puzanja i zamora, biti napravljeni u automobilskim dijelovima.


Tražene karakteristike legura titana koji se koristi u automobilskom ispušnom sustavu moraju biti u skladu sa sljedećim 4 boda: (1) dovoljna čvrstoća pri visokoj temperaturi iznad 600 ℃ i malo smanjenje čvrstoće nakon duge uporabe. (2) smanjenje debljine stijenke izazvano oksidacijom pri visokoj temperaturi iznad 700 ℃ vrlo je malo. (3) na sobnoj temperaturi čisti titan klase JIS 2 i astmgr.2 (u daljnjem tekstu gr.2) ima istu oblikovanost (svojstvo savijanja, svojstvo ispupčenja, svojstvo dubokog udara itd.) Kao gore. (4) pri visokim temperaturama većim od 600 ℃ teško je deformirati određeno opterećenje s jačinom prinosa manjom od 0,2% temperature, tj. Otpornost na puzanje je dobra. Ti-lcu i ti-1cu-0,5 Nb dizajnerski koncepti i izvrsna svojstva (mogučnost oblikovanja na sobnoj temperaturi, čvrstoća na visokoj temperaturi, otpornost na oksidaciju, otpornost na puzanje) za automobilske izduvne sisteme koje je razvio Nippon steel co., LTD. Te legure su postigle malu oksidaciju dodavanjem Cu, a dodavanje potrebnog Nb rezultiralo je rođenjem novih koncepata koji nisu pronađeni u originalnim idejama dizajna legura, poput super-tix 10CU i super-tix 1OCUNB, koji se uveliko koriste kao automobilski izduvni materijali. Kao što je super-tix 10CU od 2007. godine, koristi se u prigušivaču suzuki GSX serije za potrebe otpornosti na toplinu dijelova. Koristi se na nissan gt-rspec-v od 2009, a na prigušivaču gt-r EGOIST od 2010., s smanjenjem težine za oko 30% u odnosu na nehrđajući čelik. Super-tix 10CUNB koristi Akrapovic, najveći evropski proizvođač ispušnih komponenti, ne samo u motociklima, već i u dijelu automobilskih prigušivača. Ove legure se u potpunosti koriste za visoku obradivost i visoku temperaturu, visoku otpornost na oksidaciju i otpornost na puzanje pri sobnoj temperaturi. Dizajn i način proizvodnje legura su pogodni.


2.3 U Kini

Kina energično provodi promociju automobilskog titanijuma. Prvo putem veb stranice, novina, časopisa i drugih vidova promocije, titanijuma