Status Permohonan Aloi Titanium dalam Industri Automobil

Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, dengan perkembangan pesat industri automobil, penggunaan bahan api, perlindungan alam sekitar dan isu keselamatan yang dijana oleh kereta telah menarik perhatian yang semakin meningkat. Mengharapkan hala tuju pembangunan masa depan industri automobil, ringan, penggunaan bahan api yang rendah dan pelepasan yang rendah adalah tema pembangunan. Menurut statistik daripada jabatan berwibawa antarabangsa, 60% daripada tenaga pembakaran bahan api kereta digunakan oleh beratnya sendiri. Walaupun plat keluli nipis berkekuatan tinggi, aluminium, magnesium, bahan komposit berasaskan logam dan bahan resin plastik telah memainkan peranan dalam mengurangkan berat kereta, kemunculan bahan titanium perindustrian telah menjadikan pembuatan kereta sebagai pilihan yang lebih baik.

Logam titanium mempunyai kelebihan ketumpatan rendah, kekuatan spesifik yang tinggi dan rintangan kakisan yang baik. Penggunaan bahan titanium dalam kereta boleh mengurangkan berat badan kereta, mengurangkan penggunaan bahan api, meningkatkan kecekapan kerja enjin, memperbaiki persekitaran dan mengurangkan bunyi bising. Walau bagaimanapun, harga yang mahal menjadikan aloi titanium hanya mempunyai beberapa aplikasi dalam model mewah dan kereta sukan dalam industri automobil, dan jarang dalam kereta biasa. Oleh itu, penyelidikan dan pembangunan aloi titanium kos rendah yang memenuhi keperluan pasaran adalah kunci untuk mempromosikan penggunaannya dalam kereta isi rumah biasa.

 

Status aplikasi semasa aloi titanium dalam industri automobil
Walaupun aloi titanium telah digunakan secara meluas dalam industri aeroangkasa, petrokimia dan pembinaan kapal, aplikasinya dalam industri automobil telah berkembang dengan perlahan. Sejak kereta all-titanium pertama berjaya dibangunkan oleh General Motors di Amerika Syarikat pada tahun 1956, bahagian auto titanium tidak mencapai tahap pengeluaran besar-besaran sehingga tahun 1980-an. Pada tahun 1990-an, dengan peningkatan permintaan untuk kereta mewah, kereta sukan dan kereta lumba, alat ganti titanium telah berkembang pesat. Pada tahun 1990, jumlah titanium yang digunakan dalam kereta di seluruh dunia hanya 50 tan, yang mencapai 500 tan pada tahun 1997, 1100 tan pada tahun 2002, dan 3000 tan pada tahun 2009. Adalah dijangkakan bahawa jumlah titanium yang digunakan dalam kereta di seluruh dunia akan melebihi 5000 tan. pada tahun 2015. Pada masa ini, bahagian aloi titanium berikut biasanya digunakan.

1. Rod penyambung enjin
Aloi titanium adalah pilihan ideal untuk bahan rod penyambung. Rod penyambung enjin yang diperbuat daripada aloi titanium boleh mengurangkan berat enjin dengan berkesan, meningkatkan kecekapan bahan api dan mengurangkan jumlah ekzos. Berbanding dengan rod penyambung keluli, rod penyambung titanium boleh mengurangkan 15% hingga 20% daripada berat. Penggunaan rod penyambung aloi titanium pertama kali dicerminkan dalam enjin Ferrari 3.5LV8 dan Acura NSX baharu di Itali. Bahan yang digunakan untuk rod penyambung aloi titanium adalah terutamanya Ti-6Al-4V, Ti-10V-2Fe-3Al, Ti-3 Al-2.0V dan Ti-4Al-4Mo-Sn-0.5Si, dan bahan aloi titanium lain seperti Ti-4Al{{19} }Si-4Mn dan Ti-7M-4Mo juga sedang dibangunkan untuk digunakan dalam rod penyambung.

2. Injap enjin
Injap enjin kereta yang diperbuat daripada aloi titanium bukan sahaja boleh mengurangkan berat dan memanjangkan hayat perkhidmatan, tetapi juga mengurangkan penggunaan bahan api dan meningkatkan kebolehpercayaan kereta. Berbanding dengan injap keluli, injap titanium boleh mengurangkan berat sebanyak 30% hingga 40%, dan kelajuan had enjin boleh ditingkatkan sebanyak 20%. Setakat aplikasi semasa, bahan injap masuk adalah terutamanya Ti-6Al-4V, dan bahan injap ekzos terutamanya Ti-6242S. Biasanya Sn dan Al ditambah bersama untuk mendapatkan kerapuhan yang lebih rendah dan kekuatan yang lebih tinggi; penambahan Mo boleh meningkatkan prestasi rawatan haba aloi titanium, meningkatkan kekuatan aloi titanium pelindapkejutan dan penuaan, dan meningkatkan kekerasan. Aloi titanium lain yang mempunyai potensi pembangunan ialah:
1) Injap masuk boleh dibuat daripada Ti-62S, yang mempunyai ciri yang sama seperti Ti-6Al-4V dan lebih murah.
2) Injap ekzos boleh dibuat daripada Ti-6Al-2Sn-4.0Zr-0.4-Mo{{7} }.45Si. Disebabkan kandungan Mo yang lebih rendah, rintangan rayapannya lebih baik daripada Ti-6242S, dan suhu rintangan pengoksidaannya boleh mencapai 600 darjah .
3) Injap ekzos boleh dibuat daripada -TiAl, yang mempunyai ciri-ciri rintangan suhu tinggi dan ringan, tetapi tidak sesuai untuk pemprosesan dengan kaedah penempaan tradisional, dan hanya sesuai untuk tuangan dan metalurgi serbuk.

 

3. Kerusi spring injap

Kekuatan tinggi dan rintangan keletihan adalah sifat yang mesti ada pada kerusi spring injap. aloi titanium ialah aloi boleh dirawat haba yang boleh memperoleh kekuatan tinggi melalui rawatan penuaan larutan pepejal. Bahan yang sepadan yang lebih sesuai ialah Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn dan Ti-15Mo-3Al-2 .7Nb-0.2Si. Mitsubishi Motors menggunakan Ti-22V-4Al titanium aloi injap spring seat pada kereta yang dihasilkan secara besar-besaran, yang mengurangkan jisim sebanyak 42% berbanding kunci keluli asal, mengurangkan jisim inersia mekanisme injap sebanyak 6%, dan meningkatkan kelajuan enjin maksimum sebanyak 300r/min.

 

4. Mata air aloi titanium

Titanium dan aloinya mempunyai modulus keanjalan yang lebih rendah daripada bahan keluli, nilai σs/E yang besar, dan sesuai untuk pembuatan komponen elastik. Berbanding dengan spring kereta keluli, di bawah premis kerja elastik yang sama, ketinggian spring titanium hanya 40% daripada spring keluli, dan jisim hanya 30% hingga 40% daripada spring keluli, yang sesuai untuk reka bentuk badan. Di samping itu, prestasi keletihan yang sangat baik dan rintangan kakisan aloi titanium boleh meningkatkan hayat perkhidmatan spring. Pada masa ini, bahan aloi titanium yang boleh digunakan untuk mengeluarkan spring kereta termasuk Ti-4.5Fe6.8Mo-1.5Al dan Ti-13V11C-3Al.

 

5. Pengecas turbo

Pengecas turbo boleh meningkatkan kecekapan pembakaran enjin dan meningkatkan kuasa dan tork enjin. Rotor turbin pengecas turbo perlu bekerja dalam gas ekzos suhu tinggi melebihi 850 darjah untuk masa yang lama, jadi ia diperlukan untuk mempunyai rintangan haba yang baik. Logam ringan tradisional seperti aloi aluminium tidak boleh digunakan kerana takat leburnya yang rendah. Walaupun bahan seramik digunakan dalam pemutar turbin kerana beratnya yang ringan dan rintangan suhu tinggi yang baik, penggunaannya terhad kerana kos yang tinggi dan ketidakupayaan untuk mengoptimumkan bentuk. Untuk menyelesaikan masalah ini, Tetsui et al. membangunkan pemutar turbin TiAl. Selepas banyak ujian dan pengesahan, ia bukan sahaja mempunyai ketahanan dan kecekapan yang baik, tetapi juga boleh meningkatkan pecutan enjin. Reka bentuk ini telah berjaya dikomersialkan dalam siri Mitsubishi Lancer Evolution.

 

6. Sistem ekzos dan muffler

Titanium digunakan dalam kuantiti yang banyak dalam sistem ekzos kereta. Sistem ekzos yang diperbuat daripada titanium dan aloinya bukan sahaja boleh meningkatkan kebolehpercayaan, memanjangkan hayat dan meningkatkan penampilan, tetapi juga mengurangkan jisim dan meningkatkan kecekapan pembakaran bahan api. Berbanding dengan sistem ekzos keluli, sistem ekzos titanium boleh mengurangkan jisim kira-kira 40%. Dalam siri kereta Golf, berat sistem ekzos titanium boleh dikurangkan sebanyak 7 hingga 9 kg. Pada masa ini, titanium yang digunakan dalam sistem ekzos adalah terutamanya titanium tulen industri.

Berat peredam titanium hanya 5 hingga 6 kg, yang lebih ringan daripada peredam keluli tahan karat. Chevrolet Corvette Z06 2000 menggunakan muffler titanium 11.8 kg dan sistem paip ekor untuk menggantikan sistem keluli tahan karat asal 20 kg, mengurangkan berat sebanyak 41%. Kekuatan sistem yang diganti kekal tidak berubah, dan kereta itu lebih laju, lebih fleksibel dan menjimatkan bahan api. Titanium yang digunakan dalam peredam juga kebanyakannya adalah titanium tulen industri.

 

7. Rangka badan

Untuk meningkatkan keselamatan dan kebolehpercayaan kereta, perlu mengambil kira aspek reka bentuk dan pembuatan, terutamanya bahan pembuatan. Titanium adalah bahan yang baik untuk membuat bingkai badan. Ia bukan sahaja mempunyai kekuatan khusus yang tinggi, tetapi juga mempunyai keliatan yang baik. Di Jepun, pengeluar kereta memilih paip dikimpal logam titanium tulen untuk membuat rangka badan, yang boleh membuatkan pemandu berasa cukup selamat ketika memandu.

 

8. Bahagian aloi titanium lain

Sebagai tambahan kepada bahagian di atas, titanium juga digunakan dalam lengan rocker enjin, spring suspensi, pin omboh enjin, pengikat automotif, nat lug, rasuk protrusi pintu automotif, kurungan berhenti automotif, omboh angkup brek, bolt pin, plat tekanan, butang shift dan cakera klac automotif dan bahagian automotif lain. Reka bentuk automotif generasi baharu memberi lebih perhatian kepada badan yang ringan, penggunaan bahan api yang rendah, bunyi yang rendah dan getaran ringan enjin untuk memenuhi keperluan persekitaran yang semakin ketat. Dalam konteks ini, titanium logam ringan akan menjadi bahan aplikasi utama untuk kereta masa depan.