Títan álfelgur leiðir bílatækni

Títan málmur hefur kosti lágþéttleika, hár sértækan styrk og góða tæringarþol. Notkun títanefna í bifreiðum getur dregið verulega úr líkamsmassa, dregið úr eldsneytisnotkun, bætt skilvirkni vélarinnar, bætt umhverfið og dregið úr hávaða. Hins vegar, háa verðið gerir það að verkum að títan málmblöndur eiga sér aðeins nokkra notkun í lúxusgerðum og sportbílum í bílaiðnaðinum og sjaldan notuð í venjulegum bílum. Þess vegna eru rannsóknir og þróun á ódýrum títanblöndur sem mæta þörfum markaðarins lykillinn að því að efla notkun þeirra í venjulegum heimilisbílum.

Þrátt fyrir að títan málmblöndur hafi verið mikið notaðar í geimferða-, jarðolíu- og skipasmíðaiðnaði, hefur notkun þeirra í bílaiðnaðinum þróast hægt. Frá og með farsælli þróun á fyrsta títanbílnum af General Motors í Bandaríkjunum árið 1956 náðu títanbílavarahlutir ekki fjöldaframleiðslu fyrr en á níunda áratugnum. Á tíunda áratugnum, þegar eftirspurn eftir lúxusbílum, sportbílum og kappakstursbílum jókst ár frá ári, hafa framleiddir hlutar úr títaníum þróast hratt. Árið 1990 var títanmagnið sem notað var í bíla um allan heim aðeins 50 tonn. Árið 1997 náði það 500t. Árið 2002 náði það 1.100 t. Árið 2009 náði það 3,000t. Gert er ráð fyrir að magn títaníums sem notað er í bíla um allan heim fari yfir 5,000t árið 2015. Sem stendur eru eftirfarandi gerðir af títanblendihlutum almennt notaðar.

1. Vélstangir
Títan ál er tilvalið efni fyrir tengistangir. Vélstangir úr títan álfelgur geta í raun dregið úr massa vélarinnar, bætt eldsneytisnýtingu og dregið úr útblástursrúmmáli. Í samanburði við stáltengistangir geta títan tengistangir minnkað massann um 15% í 20%. Notkun tengistanga úr títanblendi endurspeglast fyrst í nýjum Ferrari fólksbifreið 3.5LV8 frá Ítalíu og NSX vél Acura. Aðalefnin sem notuð eru í títan álstangir eru Ti-6Al-4V, Ti-10V-2Fe-3Al, Ti-3 Al-2.0V og Ti-4Al-4Mo-Sn-0.5Si. Önnur títan málmblöndur eins og Ti-4Al. Notkun -2Si-4Mn og Ti-7M-4Mo í tengistangir er einnig í þróun.
2. Vélarventill
Bílavélarlokar úr títan álfelgur geta ekki aðeins dregið úr massa og lengt endingartíma, heldur einnig dregið úr eldsneytisnotkun og bætt áreiðanleika ökutækja. Í samanburði við stálventla geta títanlokar dregið úr massa um 30% til 40% og hámarkshraða hreyfilsins er hægt að auka um 20%. Að því er varðar núverandi notkun er efnið í inntakslokanum aðallega Ti-6Al-4V og efnið í útblásturslokanum er aðallega Ti-6242S. Venjulega er Sn og Al bætt saman til að fá minni stökkleika og meiri styrk; að bæta við Mo getur bætt hitameðhöndlunareiginleika títan málmblöndur, aukið styrk slökkva og öldrunar títan málmblöndur og aukið hörku. Aðrar títan málmblöndur með þróunarmöguleika eru:
1) Inntaksventillinn getur verið úr Ti-62S, sem hefur eiginleika sem jafngilda Ti-6Al-4V og er ódýrari.
2) Útblástursventillinn getur verið úr Ti-6Al-2Sn-4.0Zr-0.4-Mo{{7} }.45Si. Vegna lægra Mo innihaldsins er skriðþol þess betri en Ti-6242S og oxunarþol þess getur náð 600 gráðum. .
3) Útblástursventillinn getur verið gerður úr -TiAl, sem hefur einkenni háhitaþols og léttrar þyngdar, en það er ekki hentugur fyrir hefðbundnar smíðaaðferðir við vinnslu. Það er aðeins hentugur fyrir steypu og duftmálmvinnslu.
3. Lokafjöðursæti
Mikill styrkur og þreytuþol eru nauðsynlegir eiginleikar fyrir ventilfjaðrasæti. Beta títan álfelgur er hitameðhöndlað ál sem getur fengið mikinn styrk með öldrunarmeðferð með fastri lausn. Samsvarandi hentugra efni eru Ti-15V-3Cr- 3Al-3Sn og Ti-15Mo-3Al-2 .7Nb-0.2Si. Mitsubishi Motors notar Ti-22V-4Al títan álfjöðrasæti í stórum framleiðslubílum sínum, sem minnkar massann um 42% samanborið við upprunalegu stállásana, dregur úr tregðumassa lokans vélbúnaður um 6% og eykur hámarkshraða vélarinnar. 300r/mín.
4.Títan ál vor
Títan og málmblöndur þess hafa lægri teygjustuðul og stærra σs/E gildi en stálefni, sem gerir þau hentug til framleiðslu á teygjanlegum íhlutum. Samanborið við bifreiðarfjaðrir úr stáli, undir forsendum sama teygjanlegrar vinnu, er hæð títaníumfjaðra aðeins 40% af stálfjöðrum og massinn er aðeins 30% til 40% af stálfjöðrum, sem auðveldar hönnun bílbyggingar. Að auki geta framúrskarandi þreytueiginleikar og tæringarþol títan álfelgur lengt endingartíma vorsins. Eins og er eru efni úr títanblendi sem hægt er að nota til að búa til bílagorma meðal annars Ti-4.5Fe6.8Mo-1.5Al og Ti-13V11C-3Al.
5. Turbocharger
Turbochargers geta bætt brunavirkni vélarinnar og aukið vélarafl og tog. Túrbínusnúningur forþjöppunnar þarf að vinna í háhita útblásturslofti yfir 850 gráðum í langan tíma, þannig að það krefst góðs hitaþols. Ekki er hægt að nota hefðbundna léttmálma eins og álblöndur vegna lágs bræðslumarks. Þrátt fyrir að keramikefni séu notuð í hverfla snúninga vegna léttrar þyngdar og góðrar háhitaþols, er notkun þeirra takmörkuð vegna mikils kostnaðar og vanhæfni til að hámarka lögun þeirra. Til þess að leysa þessi vandamál þróuðu Tetsui og aðrir TiAl hverfla snúðinn. Eftir margar prófanir hefur verið sannreynt að það hefur ekki aðeins góða endingu og skilvirkni, heldur getur það einnig bætt hröðun vélarinnar. Þessi hönnun hefur verið markaðssett með góðum árangri á Mitsubishi Lancer Evolution seríunni.
6. Útblásturskerfi og hljóðdeyfi
Títan er mikið notað í útblásturskerfi bíla. Útblásturskerfi úr títan og málmblöndur þess geta ekki aðeins bætt áreiðanleika, lengt líftíma og bætt útlit, heldur einnig dregið úr massa og bætt eldsneytisbrunanýtni. Í samanburði við útblásturskerfi úr stáli geta títanútblásturskerfi dregið úr massa um það bil 40%. Í bílum í Golf-röðinni er hægt að minnka massa títanútblásturskerfisins um 7 til 9 kg. Eins og er er títanefnið sem notað er í útblásturskerfinu aðallega iðnaðar hreint títan.
Títan hljóðdeyfir vegur aðeins 5 til 6 kg, sem er léttara en ryðfrítt stál og aðrir hljóðdeyfar. 2000 Chevrolet Corvette Z06 notar 11,8 kg títan hljóðdeyfi og útblástursrörkerfi í stað upprunalega 20 kg ryðfríu stáli kerfisins, sem dregur úr massanum um 41%. Skiptakerfið heldur styrk sínum og gerir bílinn hraðskreiðari, sveigjanlegri og sparneytnari. Títanefnið sem notað er í hljóðdeyfirinn er einnig aðallega iðnaðar hreint títan.
7. Grindhluti líkamans
Til að bæta öryggi og áreiðanleika bifreiða er nauðsynlegt að huga að hönnunar- og framleiðsluþáttum, sérstaklega framleiðsluefnum. Títan er mjög gott efni sem notað er til að búa til ramma bíla. Það hefur ekki aðeins mikinn sérstakan styrk, heldur hefur það einnig góða hörku. Í Japan velja bílaframleiðendur hreint títan soðnar rör til að búa til ramma yfirbyggingar. Þessi tegund af ramma getur gert ökumenn örugga í akstri.
8. Aðrir hlutar úr títan álfelgur
Til viðbótar við ofangreinda íhluti er títan einnig notað í vélarmum, fjöðrunarfjöðrum, stimplapinnum í vélinni, bifreiðafestingum, hnetum, útstæðum bjálkum í hurðarbifreiðum, gírfestingum fyrir bifreiðar, bremsuklossa, pinnabolta, þrýsting Bílavarahlutir eins og plötur, skiptihnappar og bifreiðakúplingsdiskar.

1.Kostir

Títan málmblöndur hafa kosti þess að vera léttur, hár sérstakur styrkur og góð tæringarþol, svo þau eru mikið notuð í bílaiðnaðinum. Algengasta notkunin á títan málmblöndur er í vélakerfi bifreiða. Það eru margir kostir við að nota títan málmblöndur til að framleiða vélarhluta, aðallega endurspeglast í:
1) Lítill þéttleiki títan álfelgur getur dregið úr tregðumassa hreyfanlegra hluta. Á sama tíma geta títanventilfjaðrir aukið frjálsan titring, veikt titring líkamans og aukið vélarhraða og afköst.
2) Dragðu úr tregðumassa hreyfanlegra hluta, dregur þannig úr núningi og bætir eldsneytisnýtni vélarinnar.
3) Að velja títan álfelgur getur dregið úr álagsálagi tengdra hluta og minnkað stærð hluta, þar með dregið úr þyngd vélarinnar og alls ökutækisins.
4) Minnkun á tregðumassa íhluta dregur úr titringi og hávaða og bætir afköst vélarinnar.
Notkun títaníumblendis í öðrum íhlutum getur bætt þægindi starfsmanna og fagurfræði bíla. Í notkun í bílaiðnaðinum hafa títan málmblöndur gegnt ómældu hlutverki í orkusparnaði og minni neyslu.
2. Umsóknartakmarkanir
Þó að hlutar úr títanblendi hafi svo yfirburða eiginleika, þá er enn langt í land áður en títan og málmblöndur þess eru mikið notaðar í bílaiðnaðinum. Ástæðurnar eru meðal annars hátt verð, léleg mótun og léleg suðuafköst.
Með þróun títan álfelgur nærri netlögun tækni og nútíma suðu tækni eins og rafeinda geisla suðu, plasma boga suðu og leysir suðu á undanförnum árum, eru myndun og suðu vandamál títan málmblöndur ekki lengur lykilatriðin sem takmarka notkun títan. málmblöndur. Helsta ástæðan fyrir því að það er mikið notað í bílaiðnaðinum er hár kostnaður.
Hvort sem það er upphafsbræðsla málmsins eða síðari vinnsla er verð á títan málmblöndur mun hærra en á öðrum málmum. Kostnaður við títanhluta sem bílaiðnaðurinn getur samþykkt er 8 til 13 Bandaríkjadalir/kg fyrir tengistangir, 13 til 20 Bandaríkjadalir fyrir ventla og 8 fyrir gorma, útblásturskerfi vélar og festingar. Undir USD/kg. Núverandi kostnaður við hluta sem framleiddir eru með títanefnum er miklu hærri en þessi verð. Framleiðslukostnaður títanplötur er að mestu hærri en 33 Bandaríkjadalir/kg, sem er 6 til 15 sinnum hærri en álplötur og 45 til 83 sinnum hærri en stálplötur.
Rannsóknarstaða títan málmblöndur fyrir bíla

mynd
Eins og er, er kostnaðarlækkun aðal rannsóknarstefna títan málmblöndur sem notuð eru í bílaiðnaðinum. Með hliðsjón af eiginleikum kostnaðardreifingar títan málmblöndur sem notuð eru í bílaiðnaðinum, ná efnisrannsóknir og þróunarstarfsmenn aðallega þeim tilgangi að draga úr kostnaði frá eftirfarandi tveimur þáttum: að þróa ný ódýr álkerfi og nota nýja vinnslu- og undirbúningstækni .

1. Nýtt ódýrt títan álkerfi
Starfsmenn frá ýmsum löndum eru að þróa ný ódýr títan álkerfi, aðallega með áherslu á eftirfarandi þætti: álhönnun með ódýrum álfelgum og álhönnun til að bæta vinnslueiginleika. Þar á meðal eiga Japan og Bandaríkin fulltrúa. Land mitt hefur einnig þróað tvær ódýrar títan málmblöndur með góðum árangri, nefnilega Ti8LC og Ti12LC. Við hönnun ódýrra títaníumblendihluta fyrir farartæki eru algengustu ódýrir álfelgur Fe, Cr, Si, Al osfrv.
2. Ný vinnslu- og undirbúningstækni
Vinnslukostnaður títan álefna er meira en 60% af heildarkostnaði meðan á framleiðsluferlinu stendur. Þess vegna, hvað varðar kostnaðarlækkun, hvernig á að draga úr vinnslukostnaði títan álfelgur hefur orðið lykilrannsóknarstefna. Rannsóknir á þessu sviði eru aðallega skipt í tvo þætti: annar er að bæta hefðbundið steypu- og smíðaferli, og hitt er að taka upp duftmálmvinnslu nær-net lögun tækni.
Í þróun nýrra smíðaferla er köld járnsmíði í augnablikinu ein vænlegasta aðferðin til að framleiða bílahluta úr títan málmblöndur. Beta títan álfelgur hefur lítið aflögunarþol við stofuhita og er gott við að klippa og móta. Það er efni sem hægt er að smiða í kalt. Eins og er, hefur Japan þróað þrjár kalt vansköpuð beta títan málmblöndur. Beta títan álfelgur hefur einnig nokkra annmarka. Það er viðkvæmt fyrir ójafnri aflögun við köldu mótun og auðvelt er að festa það við mótið. Þess vegna krefst fjöldaframleiðsla á beta títan álhlutum með köldu smíðatækni frekari könnun og þróun.
Duftmálmvinnsla er mjög mikilvæg tækni til að draga úr vinnslukostnaði af títanblendi. Við framleiðslu á bifreiðahlutum í duftmálmvinnslu er hefðbundin pressun-sintuaðferð enn ríkjandi, aðallega þar á meðal frumduftaðferð (BE) og forblönduð duftaðferð (PA). Sem stendur er frumduftaðferðin mest notuð á sviði ódýrrar títanálduftmálmvinnslu fyrir bíla vegna einfalds ferlis og lægri kostnaðar. Á undanförnum árum hefur önnur duftmálmvinnslutækni einnig komið fram, þar á meðal leysimótunartækni, málmduftsprautumótun (MIM) og önnur tækni. Þeir hafa verið mikið notaðir í tilraunaframleiðslu og framleiðslu á flóknum bifreiðahlutum, sem getur stytt vöruþróun mjög. og framleiðsluferli, sem lækkar kostnað enn frekar.
Niðurstaða
Ný kynslóð bílahönnunar leggur meiri áherslu á létta yfirbygginguna, lága eldsneytisnotkun, lágan hávaða og léttan titring hreyfilsins til að mæta sífellt krefjandi kröfum umhverfisins. Í þessu samhengi mun léttmálmur títan verða aðal notkunarefni fyrir framtíðarbíla.
Alhliða athugun á núverandi rannsóknarstöðu lággjalda títan málmblöndur fyrir ökutæki má finna að til að draga enn frekar úr kostnaði við títan málmblöndur fyrir ökutæki ættu rannsóknir aðallega að beinast að eftirfarandi þáttum:
1) Hvað varðar þróun ódýrra álkerfis, reyndu að þróa álkerfi sem nota enga eða ódýrari álfelgur án þess að hafa áhrif á frammistöðu, og á sama tíma nýta endurunnið títan málmblöndur að fullu.
2) Hvað varðar steypu- og mótunarferlisþróun, þróaðu í þá átt að þróa beta títan málmblöndur og kalt vansköpuð títan málmblöndur og framkvæma hagkvæmnirannsóknir á fjöldaframleiðslu þeirra.
3) Að því er varðar duftmálmvinnslu, á sama tíma og það tryggir ódýran kost, er einnig nauðsynlegt að bæta enn frekar afköst títanhluta.
Með þróun hagkerfisins og lækkun kostnaðar við títan munu fleiri verkfræðihönnuðir velja títanhluta sem bílahluta. Títan málmblöndur munu að lokum gegna mikilvægu hlutverki í framleiðslu bílaiðnaðarins.