Applicazione della lega di titanio nella produzione leggera di automobili

Il titanio e le leghe di titanio hanno le caratteristiche di bassa densità, eccellenti proprietà meccaniche, buona biocompatibilità, resistenza alla corrosione, resistenza alle alte temperature e buona tenacità alle basse temperature. Al momento, sono stati ampiamente utilizzati nella produzione di automobili. La densità della lega di titanio è solo il 60% di quella dell'acciaio e la resistenza può raggiungere più di 800 MPa. Mantiene ancora buone proprietà meccaniche a circa 500°C, e le sue proprietà di saldatura e formatura sono buone. È stato utilizzato nella produzione di auto da corsa più di 20 anni fa. Ridurre significativamente la qualità del motore da corsa, migliorando le prestazioni del motore.

Allo stato attuale, i componenti in lega di titanio utilizzati nella produzione automobilistica sono distribuiti principalmente nei sistemi di scarico delle automobili, nei sistemi motore, nei sistemi di trasmissione e riduzione delle vibrazioni e nelle parti del telaio dell'auto.

1. Sistema di scarico

I materiali del sistema di scarico delle automobili devono avere buone proprietà meccaniche ad alta temperatura e resistenza alla corrosione degli elementi S e Cl. I componenti della valvola di scarico tradizionali sono realizzati in acciaio inossidabile, ma è stato riscontrato che le leghe di titanio sono più adatte ai materiali delle valvole di scarico in termini di prestazioni.

Il tubo di ritorno in titanio utilizzato nella nuova vettura Chevrolet Corvette Z206 evita efficacemente la corrosione per vaiolatura e la corrosione della saldatura sul tubo in acciaio inossidabile, migliorando anche l'efficienza di combustione del carburante e la capacità di accelerazione e accorciando lo spazio di frenata.

Timet, il più grande produttore di titanio negli Stati Uniti, è impegnato nella ricerca, sviluppo e produzione di sistemi di scarico in lega di titanio e molte aziende giapponesi hanno anche svolto attività di ricerca e sviluppo correlate. Al momento, Fuji Heavy Industries Co., Ltd. ha prodotto un numero limitato di 440 set di sistemi di scarico per veicoli in lega di titanio. trachea.

2. Sistema motore

Il sistema del motore automobilistico è la parte più utilizzata della lega di titanio nel campo automobilistico. L'applicazione della lega di titanio nel sistema motore comprende principalmente valvola, biella, albero motore, sede valvola e altre parti.

La Honda Motor Company n. 39 del Giappone&utilizza bielle in titanio forgiato nel motore V-6 da corsa NSX; Mitsubishi Motors utilizza sedi delle molle delle valvole in titanio nei motori a quattro cilindri ad alta capacità e anche le vetture Porsche utilizzano bielle in titanio.

(1) Valvola

Per quanto riguarda le valvole in lega di titanio, gli Stati Uniti e il Giappone hanno condotto molti lavori di ricerca. Attualmente, gli Stati Uniti generalmente utilizzano la lega Ti-6Al-4V per realizzare valvole di aspirazione e la lega Ti-6Al-2Sn-4Zr-2M o per realizzare valvole di scarico; mentre in Giappone Toyota utilizza la lega Ti-6Al-4V/Ti B per la valvola di aspirazione e la lega Ti-Al-Zr-Sn-Mo-Nb-Si/Ti B per la valvola di scarico. Questi tipi di leghe di titanio hanno tutte buone proprietà meccaniche ad alta temperatura, resistenza all'ossidazione e resistenza allo scorrimento, che migliorano efficacemente le prestazioni del motore e accelerano i veicoli.

(2) Sede della valvola

Le sedi delle valvole in lega di titanio sono state ampiamente utilizzate nelle auto da corsa e sportive. Ogni anno vengono prodotti più di 250.000 set. Sono realizzati principalmente in lega Ti-6Al-4V o Ti-5Al-2Cr-1Fe. Poiché la forma della sede della valvola è relativamente semplice, viene utilizzata in I requisiti di lavorazione non sono elevati e non è richiesto alcun trattamento superficiale speciale, il costo è relativamente economico e l'effetto è evidente nel ridurre il peso dell'auto.

(3) Biella

L'uso di bielle in lega di titanio può ridurre efficacemente la qualità del motore e migliorare le prestazioni dell'auto. Attualmente, il materiale di preparazione principale è la lega Ti-6Al-4V. Japan Daido Co., Ltd. sta attualmente sviluppando una lega di titanio a due fasi Ti-3Al-2V-0.2Si-0.47Ce-0.27La, che ha una buona lavorabilità ed eccellenti proprietà meccaniche, proprietà di fatica e resistenza alla corrosione. , Si prevede di essere utilizzato nelle parti di biella del motore che accelerano e decelerano rapidamente.

(4) Albero motore

Sebbene gli alberi motore in lega di titanio non siano stati ampiamente utilizzati al momento, la lega Ti-3Al-2.5V appositamente sviluppata dal Giappone è stata verificata sulle auto da corsa Honda. Pur riducendo efficacemente la qualità, la velocità del motore è stata aumentata di 700 giri/min, il che dimostra che il titanio La superiorità dell'albero motore in lega. Allo stesso tempo, il Giappone ha prodotto alberi a gomiti in lega Ti-5Al-2Cr-Fe e si prevede che le leghe di titanio saranno più ampiamente utilizzate nei componenti dell'albero motore.

3. Sistema di smorzamento

Il componente principale del sistema di sospensione di smorzamento dell'automobile è la molla di sospensione. Rispetto all'acciaio per molle automobilistico generale, la lega di titanio ha una resistenza specifica più elevata e un modulo di taglio inferiore e una maggiore resistenza alla fatica, il che la rende più adatta alla produzione di molle di smorzamento per automobili. Poiché la deflessione della molla è direttamente proporzionale al numero di giri e inversamente proporzionale al modulo di taglio del materiale, la molla in lega di titanio richiede meno giri di una molla in acciaio a condizione di ottenere la stessa risposta della molla, che riduce efficacemente la qualità primaverile. , Risparmia spazio.

Allo stesso tempo, la molla in lega di titanio può anche aumentare efficacemente la frequenza di risonanza della molla e aumentarne la durata. Attualmente, la maggior parte delle molle in lega di titanio sono realizzate in lega di titanio monofase. La società tedesca Volkswagen ha utilizzato molle dentate in lega di titanio Lupo FSI in alcune auto e la quantità è di circa 3.500.

4. Struttura del corpo

In termini di componenti del telaio della carrozzeria, la maggiore resistenza specifica, la minore densità e la buona resistenza alla corrosione della lega di titanio indicano che è un buon materiale per la preparazione dei telai della carrozzeria. Al momento, alcune case automobilistiche hanno utilizzato leghe di titanio su parti come staffe del cambio e pistoni delle pinze dei freni. Tra i componenti della trasmissione, il Giappone sta attualmente sviluppando un processo ad alta filatura per la preparazione di carcasse in lega di titanio. Rispetto alle carcasse in acciaio, le carcasse in lega di titanio possono ridurre meglio l'impatto del volano e avere un migliore effetto ammortizzante.

Inoltre, le leghe di titanio sono state utilizzate anche negli elementi di fissaggio per autoveicoli e in altri componenti. Con il continuo sviluppo della tecnologia di preparazione delle leghe di titanio e dell'industria automobilistica, le leghe di titanio saranno sicuramente più ampiamente utilizzate nelle parti automobilistiche.

5. Il significato delle leghe di titanio per il peso leggero delle automobili

Istituti di ricerca stranieri hanno calcolato e scoperto che quando la qualità della manutenzione di un'auto's scende del 10%, il consumo di carburante può essere ridotto dal 6% all'8%. Gli studi hanno anche dimostrato che per ogni 91 kg di perdita di peso, si possono percorrere in media 0,43 km per litro di carburante. Pertanto, con il continuo sviluppo dell'economia del mio paese'e il continuo aumento del numero di auto, la leggerezza delle auto è diventata uno dei modi importanti per ridurre il consumo di energia e ridurre l'inquinamento atmosferico.

I materiali in titanio e leghe di titanio sono attualmente ampiamente utilizzati nei ricambi auto grazie alle loro eccellenti proprietà fisiche e chimiche. L'uso di materiali in titanio non solo migliora efficacemente le prestazioni e il fattore di sicurezza dell'auto, ma svolge anche un ruolo importante nella leggerezza dell'auto, riducendo efficacemente la qualità della manutenzione dell'auto e riducendo il consumo di carburante .

Rispetto al tradizionale sistema in acciaio inossidabile, il gruppo del tubo di ritorno dell'ugello di scarico in titanio viene utilizzato nel sistema di scarico dell'automobile, che può ridurre il peso di circa 8,2 kg. L'uso di prodotti in lega di titanio per sostituire i tradizionali materiali in acciaio e ghisa nelle parti del motore come valvole e bielle può ridurre efficacemente la qualità del motore.

Secondo la ricerca dell'industria automobilistica giapponese, l'uso di circa 0,8 kg di materiale in titanio per le valvole di potenza automobilistiche è equivalente all'effetto di 20 kg di parti in acciaio; ogni sede valvola in titanio può ridurre il peso di circa 10 g rispetto alla sede valvola in acciaio; anche Aste e alberi motore sono utilizzati nelle leghe di titanio, che sono le più efficaci per ridurre la massa del motore.

Sul sistema di smorzamento delle vibrazioni, ogni molla in lega di titanio può ridurre la massa di oltre il 60% rispetto alle molle in acciaio. Basato su 4 molle di sospensione per veicolo, dopo aver cambiato le molle in lega di titanio, ogni veicolo può ridurre il peso di 9~13,6 kg. Inoltre, la massa del silenziatore in lega di titanio è di soli 5~6 kg, ovvero il 40% più leggera del silenziatore in acciaio inossidabile.

Prendendo come esempio una normale auto di medie dimensioni, se le parti esistenti dell'auto in lega di titanio vengono utilizzate per sostituire le parti tradizionali, il peso a vuoto dell'auto' sarà ridotto da circa 1500 kg a circa 1000 kg, la riduzione del peso può raggiungere il 30% e il consumo complessivo di carburante può essere ridotto del 20%. Sopra, questo ridurrà notevolmente il consumo di carburante del mondo e allevierà efficacemente i problemi della carenza di energia e dell'inquinamento ambientale.

I dati di cui sopra mostrano che l'uso di leghe di titanio ha un effetto significativo nella riduzione del peso delle automobili. Nella moderna industria automobilistica, la tecnologia di applicazione del titanio e delle leghe di titanio nelle parti di automobili dovrebbe essere continuamente sviluppata per aumentare la proporzione di leghe di titanio nelle automobili.

Al momento, l'applicazione della lega di titanio nell'industria automobilistica del mio paese'è ancora in fase di sperimentazione. Il problema principale è che il costo dei materiali in lega di titanio è troppo alto e le parti sono difficili da lavorare.

Pertanto, il compito principale in futuro dovrebbe essere quello di ridurre il prezzo delle parti in lega di titanio sviluppando materiali in lega di titanio economici, riducendo i costi di produzione delle materie prime in lega di titanio e migliorando l'efficienza di elaborazione delle parti in lega di titanio migliorando la tecnologia di elaborazione.

L'esperienza straniera ha dimostrato che solo la combinazione di progettazione e produzione di automobili e ricerca e sviluppo di leghe di titanio può fornire materiali in lega di titanio di qualità superiore per automobili.

Si ritiene che con il continuo approfondimento della ricerca e dello sviluppo, il titanio e le leghe di titanio svolgeranno un ruolo sempre più importante nella moderna industria automobilistica del mio paese e promuoveranno il continuo sviluppo dell'industria automobilistica.

Nicole