V zadnjih letih so s hitrim razvojem avtomobilske industrije vprašanja, kot so poraba goriva, varstvo okolja in varnost, vse bolj pritegnile pozornost javnosti. Če pogledamo naprej, se bo prihodnja smer avtomobilske industrije osredotočila na lahka tehtanja, zmanjšano porabo goriva in nižje emisije. Po statističnih podatkih avtoritativnih mednarodnih organizacij 60% energije iz zgorevanja goriva v avtomobilih porabi lastna teža vozila. Čeprav so tanke jeklene plošče z visoko trdnostjo, aluminij, magnezij, kovinski matrični kompoziti in plastične smole že igrale vlogo pri zmanjševanju teže vozila, je pojav industrijskih materialov iz titanijeva boljša možnost za avtomobilsko proizvodnjo.
Titanium Metal ponuja prednosti, kot so nizka gostota, visoka specifična moč in odlična korozijska odpornost. Uporaba titana v avtomobilih lahko znatno zmanjša težo vozila, zmanjša porabo goriva, izboljša učinkovitost motorja in poveča okoljske zmogljivosti, hkrati pa zmanjšuje hrup. Vendar so visoki stroški titanijevih zlitin omejili svojo uporabo predvsem na luksuzne in športne avtomobile, z redko uporabo v običajnih vozilih. Zato je raziskovanje in razvoj nizkocenovnih titanovih zlitin, ki izpolnjujejo zahteve na trgu, ključnega pomena za spodbujanje njihove uporabe v običajnih potrošniških vozilih.
Trenutne aplikacije titanovih zlitin v avtomobilski industriji
Čeprav se titanove zlitine pogosto uporabljajo v vesoljski, petrokemični in ladjedelniški industriji, je njihova uporaba v avtomobilski industriji počasna. Začenši s prvim avtomobilom All-Titanium, ki ga je razvil General Motors leta 1956, avtomobilske komponente Titanium niso dosegle množične ravni proizvodnje do osemdesetih let. V devetdesetih letih prejšnjega stoletja so z naraščajočim povpraševanjem po luksuznih avtomobilih, športnih avtomobilih in dirkalnih avtomobilih komponente titanov videli hiter razvoj. Global Automotive Titanium je bila v letu 1990 le 50 ton, leta 1997 se je povečala na 500 ton, v letu 2002 1.100 ton in 3, 000 ton v letu 2009. Predvidoma bo presegla 5, 000 ton do leta 2015. Trenutno se običajno uporabljajo naslednje komponente zlitine:
Motor, ki povezuje palice:
Titanove zlitine so idealna izbira za povezovanje palic. Titanijeve povezovalne palice lahko učinkovito zmanjšajo težo motorja, izboljšajo učinkovitost goriva in zmanjšajo emisije. V primerjavi z jeklenimi palicami lahko palice iz titana zmanjšajo težo za 15%-2 0%. Aplikacije vključujejo Ferrarijeve 3,5 -litrske V8 in Acura's NSX motorje. Skupna gradiva vključujejo ti -6 al -4 v, ti -10 v -2 fe -3 al, ti -3 al {11 -2. 0V in in in Ti -4 al -4 mo-sn -0. 5Si.
Ventili motorja:
Titanijevi ventili zmanjšujejo težo, podaljšajo življenjsko dobo, nižjo porabo goriva in izboljšajo zanesljivost. V primerjavi z jeklenimi ventili lahko titanijevi ventili zmanjšajo težo za 30%-40%in povečajo hitrost motorja za 20%. Skupni materiali vključujejo ti -6 al -4 v za dovodne ventile in ti -6242 s za izpušne ventile. Druge obetavne zlitine vključujejo ti -62 s in -tial.
Vzmetni zadrževalniki ventila:
Visoka trdnost in odpornost na utrujenost sta bistvena za vzmetne zadrževalnike ventila. Beta titanijeve zlitine, na primer ti -15 v -3 cr -3 al -3 sn in ti {4}} mo -3 al {6} {{6}. 2Si. 2Si. Mitsubishi je uporabil ti -22 v -4 al zadrževalnike in zmanjšal težo za 42%.
Titanijeve vzmeti:
Titanove zlitine imajo nižji elastični modul kot jeklo, zaradi česar so primerne za elastične komponente. Titanijeve vzmeti so 30% -40% lažje od jeklenih vzmeti in nudijo boljšo utrujenost in korozijsko odpornost. Skupna gradiva vključujejo ti -4. 5fe -6. 8mo -1. 5Al in ti -13 v -11 cr -3 al.
Turbochargers:
Turbopolnilniki izboljšujejo učinkovitost in moč motorja. Turbinski rotorji zahtevajo visoko toplotno odpornost, ki jo titanijeve zlitine, kot so tial, zagotavljajo. Modeli Mitsubishi Lancer Evolution so uspešno komercializirali rotorje tialne turbine.
Izpušni sistemi in dušilci:
Titanium se v izpušnih sistemih pogosto uporablja za izboljšanje zanesljivosti, podaljšanje življenjske dobe, zmanjšanje teže in izboljšanje učinkovitosti goriva. Titanijevi izpušni sistemi so 40% lažji od jeklenih sistemov. Pogosto se uporablja industrijski čisti titanij.
Telesni okvirji:
Visoka specifična moč in žilavost titana je primerna za telesne okvirje. Na Japonskem se za izboljšanje varnosti in zanesljivosti uporabljajo čiste varjene cevi iz titana.
Druge komponente:
Titanium se uporablja tudi v ročici motorjev, vzmetnih vzmeti, batnih zatičih, pritrdilnih elementih, vratih, batih za zavorne čeljusti in ploščah sklopke.
Prednosti titanovih zlitin
Lahka: Zmanjšuje težo vozila in izboljša učinkovitost goriva.
Visoka specifična moč: Izboljšuje uspešnost in varnost.
Korozijska odpornost: Podaljša življenjsko dobo komponent.
Zmanjšanje hrupa in vibracij: Izboljša udobje vožnje.
Omejitve titanovih zlitin
Visoki stroški: Primarna ovira za široko uporabo v avtomobilski industriji.
Oblikovanje in varljivost: Izzivi pri proizvodnji in predelavi.
Raziskave avtomobilskih zlitin titanov
Trenutne raziskave se osredotočajo na zmanjšanje stroškov z:
Nizkocenovni sistemi zlitine: Razvoj zlitin z poceni elementi, kot so Fe, Cr, Si in Al.
Napredne tehnologije obdelave: Hladno kovanje in metalurgija v prahu (npr. Oblikovanje kovine) za zmanjšanje proizvodnih stroškov.
Zaključek
Naslednja generacija avtomobilske zasnove poudarja lahka, zmanjšana poraba goriva, nižji hrup in zmanjšano vibracijo, da bi ustrezala strogim okoljskim zahtevam. V tem okviru je Titanium postal glavna materialna izbira za prihodnja vozila. Za nadaljnje zmanjšanje stroškov bi se morale raziskave osredotočiti na:
Razvoj nizkocenovnih sistemov zlitin z minimalno uporabo dragih elementov.
Napredovanje tehnologij za kovanje in hladno oblikovanje beta titanov zlitin.
Izboljšanje tehnik metalurgije v prahu za izboljšanje uspešnosti in zmanjšanje stroškov.
Ko se gospodarstvo raste in se stroški titana zmanjšujejo, bo več inženirjev izbralo titanium za avtomobilske komponente, kar bo utrdilo njegovo pomembno vlogo v avtomobilski industriji.
