V posledních letech, s rychlým rozvojem automobilového průmyslu, problémy, jako je spotřeba paliva, ochrana životního prostředí a bezpečnost, stále více přitahují pozornost veřejnosti. Při pohledu dopředu se budoucí směr automobilového průmyslu zaměří na lehký, sníženou spotřebu paliva a nižší emise. Podle statistik z autoritativních mezinárodních organizací je 60% energie ze spalování paliva v automobilech spotřebováno vlastní hmotností vozidla. Přestože vysoce pevné tenké ocelové desky, hliník, hořčík, kompozity kovové matrice a plastové pryskyřice již hrály roli při snižování hmotnosti vozidla, vznik průmyslových titanových materiálů poskytl lepší volbu pro automobilovou výrobu.
Titanový kov nabízí výhody, jako je nízká hustota, vysoká specifická síla a vynikající odolnost proti korozi. Použití titanu v automobilech může výrazně snížit hmotnost vozidla, snížit spotřebu paliva, zlepšit účinnost motoru a zvýšit výkon životního prostředí a zároveň snížit hluk. Vysoké náklady na titanové slitiny však omezily jejich aplikaci především na luxusní a sportovní automobily se vzácným použitím v běžných vozidlech. Zkoumání a vývoj nízkonákladových titanových slitin, které splňují požadavky na trh, je proto klíčem k podpoře jejich aplikace v běžných spotřebních vozidlech.
Aktuální aplikace titanových slitin v automobilovém průmyslu
Přestože slitiny titanu se široce používají v leteckém, petrochemickém a lodí stavbu lodí, jejich aplikace v automobilovém průmyslu byla pomalá. Počínaje prvním all-titanovým vozem vyvinutým společností General Motors v roce 1956, titanové automobilové komponenty nedosáhly hladiny hromadné výroby až v 80. letech. V 90. letech, se zvyšující se poptávkou po luxusních automobilech, sportovních automobilech a závodních automobilech, zaznamenaly komponenty titanu rychlý vývoj. Globální využití automobilového průmyslu titanium bylo v roce 1990 pouze 50 tun, v roce 1997 se zvýšilo na 500 tun, v roce 2002 1 100 tun a 3, 000 tun v roce 2009. Předpokládá se, že do roku 2015 překročí 5, 000 tun.
Opojovací tyče motoru:
Slitiny titanu jsou ideální volbou pro propojení tyčí. Titanové tyče spojovacích tyčí mohou účinně snižovat hmotnost motoru, zlepšit účinnost paliva a snížit emise. Ve srovnání s ocelovými tyčemi mohou titanové tyče snížit hmotnost o 15% - 2 0%. Aplikace zahrnují motory Ferrari 3,5L V8 a Acura NSX. Mezi běžné materiály patří ti -6 al -4 v, ti -10 v -2 fe -3 al, ti -3} {{11}. Ti -4 al -4 mo-sn -0. 5si.
Ventily motoru:
Titanové ventily snižují hmotnost, prodlužují životnost, snižují spotřebu paliva a zlepšují spolehlivost. Ve srovnání s ocelovými ventily mohou titanové ventily snížit hmotnost o 30% - 40%a zvýšit rychlost motoru o 20%. Mezi běžné materiály patří ti -6 al -4 V pro sací ventily a ti -6242 S pro výfukové ventily. Mezi další slibné slitiny patří ti -62 s a -tial.
Udržovače pružiny ventilu:
Vysoká pevnost a odolnost proti únavě je nezbytná pro držáky pružiny ventilu. Slitiny beta titanium, jako je ti -15 v -3 cr -3 al -3 sn a ti -15 mo -3 al -2. 7nb -0. 2Si, jsou plněny. Mitsubishi použil ti -22 V -4 Al Renainers, snížení hmotnosti o 42%.
Titanium Springs:
Titanové slitiny mají nižší elastický modul než ocel, což je způsobuje, že jsou vhodné pro elastické komponenty. Titanové pružiny jsou o 30% - 40% lehčí než ocelové pružiny a nabízejí lepší únavu a odolnost proti korozi. Mezi běžné materiály patří ti -4. 5fe -6. 8mo -1. 5Al a Ti -13 V -11 cr -3 al.
Turbodmychadla:
Turbodmychadla zlepšují účinnost a napájení motoru. Turbínové rotory vyžadují vysokou odolnost proti teplu, což poskytuje slitiny titanu, jako je Tial. Modely evoluce Mitsubishi Lancer mají úspěšně komercializované rotory Tial Turbine.
Výfukové systémy a tlumiče:
Titan se široce používá ve výfukových systémech ke zlepšení spolehlivosti, prodloužení životnosti, snížení hmotnosti a zvýšení palivové účinnosti. Výfukové systémy titanu jsou o 40% lehčí než ocelové systémy. Průmyslové čisté titanium se běžně používá.
Rámečky těla:
Vysoká specifická síla a houževnatost Titania je vhodná pro rámy těla. V Japonsku se ke zvýšení bezpečnosti a spolehlivosti používají čisté svařované trubky.
Jiné komponenty:
Titanium se také používá v ramenech motoru, zavěšení pružin, pístových špendlíků, spojovacích prvků, dveřních paprscích, pístových pístech brzdových třmenů a spojkových deskách.
Výhody slitin titanu
Lehký: Snižuje hmotnost vozidla a zlepšuje palivovou účinnost.
Vysoká specifická síla: Zvyšuje výkon a bezpečnost.
Odolnost proti korozi: Prodlužuje životnost součásti.
Snížení hluku a vibrací: Zlepšuje pohodlí jízdy.
Omezení slitin titanu
Vysoké náklady: Primární bariéra pro rozsáhlé používání v automobilovém průmyslu.
Formovatelnost a svařovatelnost: Výzvy ve výrobě a zpracování.
Výzkum slitin automobilového titanu
Současný výzkum se zaměřuje na snižování nákladů prostřednictvím:
Systémy levné slitiny: Vývoj slitin s levnými prvky jako Fe, Cr, SI a Al.
Pokročilé technologie zpracování: Chladný kování a metalurgie prášku (např. Lisování vstřikování kovů), aby se snížilo výrobní náklady.
Závěr
Další generace automobilového designu zdůrazňuje lehké, snížené spotřeby paliva, nižší hluk a minimalizované vibrace, aby splňovaly přísné environmentální požadavky. V této souvislosti je Titanium připraven stát se hlavním výběrem materiálu pro budoucí vozidla. Pro další snížení nákladů by se měl výzkum zaměřit na:
Vývoj nízkonákladových systémů slitiny s minimálním použitím drahých prvků.
Postupující technologie kování a chlazení pro slitiny beta titanium.
Zvyšování technik metalurgie prášku ke zlepšení výkonu a snížení nákladů.
Jak se ekonomika roste a titanové náklady klesají, více inženýrů si vybere titanium pro automobilové komponenty a upevňuje jeho důležitou roli v automobilovém průmyslu.
