Pēdējos gados, strauji attīstot automobiļu rūpniecību, tādi jautājumi kā degvielas patēriņš, vides aizsardzība un drošība arvien vairāk ir piesaistījušas sabiedrības uzmanību. Raugoties nākotnē, automobiļu rūpniecības turpmākais virziens koncentrēsies uz vieglu, samazinātu degvielas patēriņu un zemāku izmešu daudzumu. Saskaņā ar autoritatīvo starptautisko organizāciju statistiku 60% enerģijas no degvielas sadedzināšanas automašīnās patērē paša transportlīdzekļa svars. Lai arī augstas izturības plānas tērauda plāksnes, alumīnijs, magnijs, metāla matricas kompozītmateriāli un plastmasas sveķi jau ir bijuši loma transportlīdzekļu svara samazināšanā, rūpniecisko titāna materiālu parādīšanās ir nodrošinājusi labāku iespēju automobiļu ražošanai.
Titāna metāls piedāvā tādas priekšrocības kā zems blīvums, augsts specifiskais stiprums un lieliska izturība pret koroziju. Titāna izmantošana automašīnās var ievērojami samazināt transportlīdzekļa svaru, samazināt degvielas patēriņu, uzlabot motora efektivitāti un uzlabot vides veiktspēju, vienlaikus samazinot troksni. Tomēr titāna sakausējumu augstās izmaksas ir ierobežojušas to pielietojumu galvenokārt ar greznību un sporta automašīnām, reti lietojot parastos transportlīdzekļus. Tāpēc zemu izmaksu titāna sakausējumu izpēte un attīstīšana, kas atbilst tirgus prasībām, ir atslēga, lai veicinātu to piemērošanu galvenajos patērētāju transportlīdzekļos.
Pašreizējie titāna sakausējumu pielietojumi automobiļu rūpniecībā
Lai arī titāna sakausējumi tiek plaši izmantoti kosmiskās, naftas ķīmijas un kuģu būves nozarē, to piemērošana automobiļu rūpniecībā ir bijusi lēna. Sākot ar pirmo visu titānija automašīnu, kuru 1956. gadā izstrādāja General Motors, titāna automobiļu komponenti līdz 80. gadiem nesasniedza masveida ražošanas līmeni. Deviņdesmitajos gados, pieaugot pieprasījumam pēc luksusa automašīnām, sporta automašīnām un sacīkšu automašīnām, titāna komponentos tika veikta strauja attīstība. Globālā automobiļu titāna lietošana 1990. gadā bija tikai 50 tonnas, 1997. gadā palielinājās līdz 500 tonnām, 2002. gadā 1100 tonnas un 3, 000 tonnas 2009. gadā. Tiek prognozēts, ka līdz 2015. gadam pārsniedz 5, {}}}} līdz 2015. gadam. Pašlaik tiek izmantoti šādi titāna sakausējuma komponenti:
Motora savienojošie stieņi:
Titāna sakausējumi ir ideāla izvēle stieņu savienošanai. Titāna savienojošie stieņi var efektīvi samazināt motora svaru, uzlabot degvielas patēriņa efektivitāti un samazināt izmešus. Salīdzinot ar tērauda stieņiem, titāna stieņi var samazināt svaru par 15%–2 0%. Pieteikumos ietilpst Ferrari 3,5L V8 un Acura NSX dzinēji. Parastie materiāli ietver ti -6 al -4 v, ti -10 v -2 fe -3 al, ti -3 al -2. 0v, un Ti -4 al -4 mo-sn -0. 5SI.
Motora vārsti:
Titāna vārsti samazina svaru, pagarina kalpošanas laiku, samazina degvielas patēriņu un uzlabo uzticamību. Salīdzinot ar tērauda vārstiem, titāna vārsti var samazināt svaru par 30%–40%un palielināt motora ātrumu par 20%. Parastie materiāli ietver ti -6 al -4 V ieplūdes vārstiem un ti -6242 s izplūdes vārstiem. Pie citiem daudzsološiem sakausējumiem pieder ti -62 s un -tial.
Vārsta atsperu stiprinājumi:
Augsta izturība un izturība pret nogurumu ir būtiska vārsta atsperu stiprinājumiem. Beta titāna sakausējumi, piemēram, ti -15 v -3 cr -3 al {-3 sn un ti -15 mo -3} al -2}. 7NB -0}. 2Si. Mitsubishi ir izmantojis ti -22 v -4 al aizturētājus, samazinot svaru par 42%.
Titāna avoti:
Titāna sakausējumiem ir zemāks elastības modulis nekā tēraudam, padarot tos piemērotus elastīgajiem komponentiem. Titāna avoti ir par 30–40% vieglāki nekā tērauda avoti un piedāvā labāku nogurumu un izturību pret koroziju. Parastie materiāli ietver ti -4. 5fe -6. 8mo -1. 5al un ti -13 v -11 cr -3 al.
Turbokompresori:
Turbokompresori uzlabo motora efektivitāti un jaudu. Turbīnu rotoriem nepieciešama liela karstuma izturība, ko nodrošina titāna sakausējumi, piemēram, Tial. Mitsubishi Lancer Evolution modeļi ir veiksmīgi komercializējuši tial turbīnu rotorus.
Izplūdes sistēmas un trokšņa slāpētāji:
Titāns tiek plaši izmantots izplūdes sistēmās, lai uzlabotu uzticamību, pagarinātu kalpošanas laiku, samazinātu svaru un uzlabotu degvielas efektivitāti. Titāna izplūdes sistēmas ir par 40% vieglākas nekā tērauda sistēmas. Parasti tiek izmantots rūpnieciski tīrs titāns.
Ķermeņa rāmji:
Titāna augstā īpašā izturība un izturība padara to piemērotu ķermeņa rāmjiem. Japānā drošības un uzticamības uzlabošanai tiek izmantotas tīras titāna metinātās caurules.
Citas sastāvdaļas:
Titāns tiek izmantots arī motora šūpuļdziesmu, balstiekārtas avotos, virzuļa tapās, stiprinājumos, durvju sijas, bremžu suporta virzuļi un sajūga plāksnes.
Titāna sakausējumu priekšrocības
Viegls svars: Samazina transportlīdzekļa svaru un uzlabo degvielas efektivitāti.
Augsts īpašs spēks: Uzlabo veiktspēju un drošību.
Izturība pret koroziju: Paplašina komponenta kalpošanas laiku.
Troksnis un vibrācijas samazināšana: Uzlabo braukšanas komfortu.
Titāna sakausējumu ierobežojumi
Augstas izmaksas: Galvenā barjera plaši izplatītai izmantošanai automobiļu rūpniecībā.
Formējamība un metināmība: Izaicinājumi ražošanā un apstrādē.
Pētījumi par automobiļu titāna sakausējumiem
Pašreizējie pētījumi koncentrējas uz izmaksu samazināšanu, izmantojot:
Lētu sakausējumu sistēmas: Sakausējumu izstrāde ar lētiem elementiem, piemēram, Fe, Cr, Si un Al.
Uzlabotas apstrādes tehnoloģijas: Auksta kalšana un pulvera metalurģija (piemēram, metāla iesmidzināšana), lai samazinātu ražošanas izmaksas.
Secinājums
Nākamās paaudzes automobiļu dizains uzsver vieglu, samazinātu degvielas patēriņu, zemāku troksni un samazinātu vibrāciju, lai izpildītu stingras vides prasības. Šajā kontekstā titāns ir gatavs kļūt par galveno materiālu izvēli nākamajiem transportlīdzekļiem. Lai vēl vairāk samazinātu izmaksas, pētījumiem vajadzētu koncentrēties uz:
Izstrādājot lētu sakausējumu sistēmas, minimāli izmantojot dārgus elementus.
Kalšanas un aukstuma veidošanas tehnoloģiju uzlabošana beta titāna sakausējumiem.
Pulvera metalurģijas metožu uzlabošana, lai uzlabotu veiktspēju un samazinātu izmaksas.
Pieaugot ekonomikai un samazinoties titāna izmaksām, vairāk inženieru izvēlēsies titānu automobiļu komponentiem, nostiprinot savu svarīgo lomu automobiļu rūpniecībā.
