Utveckling och tillämpning av titan och titanlegering i bilindustrin

Idag har bilar en historia på mer än 100 år och är ett oundgängligt transportmedel i våra liv. Titans lätta vikt och höga styrka har länge varit i fokus för biltillverkarna. Titanium Valley Titanium har använts i tävlingsbilar i många år, och nästan alla nuvarande tävlingsbilar använder titan. Den allmänna fordonssektorn är dock en tillväxtmarknad för titan.


Fördelarna med titan som material för bildelar är: hög hållfasthet, liten densitet, elastisk modul är ungefär hälften av stål, låg värmeutvidgningskoefficient, ungefär hälften av rostfritt stål och aluminium, icke-magnetisk, låg värmeledningsförmåga, miljöföroreningar . Dessutom kan användningen av titan i bilindustrin kraftigt minska fordonets vikt, minska bränsleförbrukningen, förbättra fordonens effektivitet, minska buller.

1. Användning av titanlegering i bil

Typiska titanlegeringsdelar i bilar inkluderar: rotorblad för turbinladdare tillverkade med kapital, anslutningsstavar och ventiler tillverkade av ti-6a1-4v-legering, etc. För att realisera låg kostnad, ti-6a1-4sn-4zr-1nb-1mo -0,2si-0.3c legeringsmatris med pulvermetallurgi tillsattes med TiB-partikeldispergerande titanbaserad MMC för att tillverka motorventiler. Förutom anslutningsstavar och motorventiler är de ursprungliga lågkostnads ​​titanlegeringen TImetaL LCB tillverkade fjädrar också de ursprungliga applikationerna. Nyligen har framsteg gjorts i utvecklingen av billiga titanlegeringar för motorventiler och avgaser. Speciellt motorcykel avgassystem (ljuddämpare) på ökningen i efterfrågan på titanlegering titan dal icke-järnmetall handel centrum så avgassystemet med låg kostnad legering utveckling är mer populär.


1956 samlade generella motorer (GM) och dess leverantörer en idealisk bil för utställningsanvändning, komplett med titankropp. Sedan dess har GM velat använda titan i sina motorer, inklusive avgasventiler och kopplingsstänger. Vissa tillverkare använder redan små mängder titan i vissa modeller. Titan Valley nonferrous metal trading center såsom Japans Honda motorföretag 1994 i NSX racing 3.0L24 ventil v-6-motor med smidda titananslutningsstavar; Titanventilfjädersäten används i mitsubishi-motorers fyrkapacitetsmotorer med hög kapacitet; Titaniumkopplingar används också i porsche bilar. Med den ökande utvecklingen av titan har den använts i stor utsträckning för specialanvändning av bildelar.


1.1 Ventilen

Genom att använda titanlegering för att tillverka bilventil kan det inte bara minska vikten, förlänga livslängden och hög tillförlitlighet, utan kan också spara bränsle. Avgasventil utöver värme, slitstyrka, men också utan bly och kobolt. Det är vanligt att amerikanska tillverkare använder titanlegering för att göra inlopps- och avgasventiler. Inloppsventilen är tillverkad av ti-6a1-4v-legering, och avgasventilen är tillverkad av ti-6a1-2sn -4zn-2mo-legering. Sinterintagsventiler tillverkade av Hitachi har levererats till den japanska fordonsmarknaden.


Howmet gjuteri, ett amerikanskt företag, tillverkar ventiler med kontinuerlig gjutning, var och en har en fjärdedel av vikten av titan, med en uppskattad potentiell marknad på 200 miljoner ventiler per år på det nya fordonet och en årlig ersättningsmarknad på 80 miljoner ventiler.


1.2 Ventilsäte

I tävlingsbilar och sportbilar är den mest använda titankomponenten ventilstolen, som vanligtvis är tillverkad av ti-6a1-4v-legering. Japan ANVÄNGER också ti-5a1-2cr-1fe legering. På grund av sin enkla form och små storlek är mekanisk tillsats lätt att göra och billig att tillverka. Det kräver inte nödvändigtvis speciell ytbehandling och kan minska vikten med 10 till 12 gram jämfört med stålventilsätet.


1.3 Anslutningsstav

Att använda titanlegering för att göra anslutningsstav är det mest effektiva för att minska motorns vikt. Materialet som används för anslutningsstav är huvudsakligen ti-6a1-4v, och andra material som ti-4a1-2sn-4mn och ti-7a1-4mo är också under utveckling.


1.4 Vevaxel och andra motorkomponenter

Japan tillverkar en provtillverkning av vevaxeln ti-5a1-2cr-fe-legering, som kräver anti-bonding-behandling och som inte har genomförts ännu. Andra motorkomponenter som vipparmar, ventilfjädrar och nedre bultar av anslutningsstavar kan också vara tillverkade av ti-6a1-4v-legering.


Den fritt skärande ti-3a1-2.5v legeringsvevaxeln speciellt utvecklad i Japan har använts i Honda 280 hk 3.ol V6NSX lyx racingbil, vilket minskar vikten med 30% och vänder motorn med 700r / min jämfört med stål vevaxeln med samma trötthetsstyrka. Dessa resultat indikerar att titan har accepterats och utvidgats i racerbilar.


1,5. Returnera luftstrupen

Användning av titansvansmunstycke / ljuddämparkomponenter påverkas inte av klorsalt och avgasutsläpp av svavel i orsaken till korrosion, att gropa avgassystemet visas inte, det verkar inte heller rost på svetsplats, även titandal icke-järnmetaller handelscenter jämfört med traditionellt material - rostfritt stål avgassystem kan minska 40% av vikten, förbättrad bränsleekonomi på samma gång, har snabb hastighet och kortare bromsavstånd. På grund av den höga kostnaden för titan har det amerikanska titanmetallföretaget (Timet) utvecklat en speciell ytbehandlingsmetod för att producera delar som kan hjälpa bilproducenternas kostnadsstandarder. Den nya Chevrolet Corvette Z06 har redan ett returluftsrör av titan.


1.6 Upphängningsfjäder

Titanfjädrar är lätta, korrosionsbeständiga och har en låg skjuvmodul (vilket minskar styrningen av fjäderspolen) jämfört med stålfjädrar som används i vanliga bilar. Timet har utvecklat en titanlegering speciellt utformad för att uppfylla kostnaderna för komponentmontering av fordonsfjäderstillverkare. Ursprungligen tillverkades i små mängder, den användes för växellådsfjädrar på Volkswagens nya Lupo FSI-bil i Europa. I januari 2001 tillkännagav Timet och Volkswagen användningen av titanupphängningsfjädrar i 2001-modellen av Lupo FSI, som förväntas producera 3500 enheter.


Fjädrar av titan är 60-70% lättare än de som är gjorda av stål. I en typisk 5-6-sitsig familjebil tillverkad i USA kan varje bil tappa 9 kg till 13,6 kg genom att använda fyra fjädrar.


1.7 ljuddämpare

Ljuddämpare av titan endast 5-6 kg, mycket lättare än ljuddämpare av rostfritt stål, lätt att använda. Titanefterfrågan inom bilindustrin i Japan (den faktiska efterfrågan 1999 var 457 ton) är mest för ljuddämpare, främst för stora fordon (över 900cc). Fyra av Japans större tillverkare, inklusive Honda och suzuki, har använt titanljuddämpare. Ljuddämpare av titan används främst i stora bilar och enskilda medelstora bilar. Titans korrosionsbeständighet, styrka och ytkvalitet utvärderas.


I sin 2000 Chevrolet Corvette 206 har GM ersatt 20kg rostfritt stålsystem med en 11,8 kg titanljuddämpare och avgassystem med samma styrka. Vikten reduceras med 4l%, bilen är snabbare, mer flexibel och sparar bränsle.


1.8 Fordonets karosseri och andra delar

Timet tror att titan kan användas i andra former av hushållsfordonskomponenter för att kraftigt minska vikten och förbättra hållbarheten, inklusive motorkomponenter, drivväxelkomponenter, upphängningssystem och konstruktionskomponenter. Såsom stötabsorberande centrumstång, tappmuttrar och bultar, styrstavar, fästelement, driven axel, blockfäste, portbalk, bromsokkolv kolv, motoranslutningsstav, stiftbult, ventil, ventilfjäder och säte, etc.


Med titanlegering ti-6a1-4v tillverkning av kopplingsplatta, tryckplatta och andra transmissionskomponenter, började nyligen att tillverka titanlegeringsskal med hög snurrande gjutning, jämfört med stålskal, kan kraftigt minska påverkan av svänghjulskador, så att bufferten blir lätt. Japanska forskare har designat en ny kombinerad glidform och utvecklat ett annat kedjehjul för bil med hjälp av nedströmning.


1.9 Fästdon

Titan kan användas istället för stål för många typer av fästelement. Titaniumfästelement är genomförbara eller nödvändiga för framtida lätta fordon.


2. Status för fordonstitan och titanlegeringar


2.1 USA

De länder som använder mest titan i sina bilar är USA och Japan. Först och främst fäster USA stor vikt vid applicering av titan i bilar. USA har producerat titanintagsventiler, avgasventiler, ventilhållare, anslutningsstavar och andra komponenter för racerbilar, och 50 ton titan används årligen i bilar. 1996 titan i Las Vegas på den internationella föreningen för utställning visar tidtabellen gjord av ren titan auto avgassystem, Chrysler och GM företag skapade den kommersiella prototypen av rent titan och avgaser, storskalig produktionsbedömning pågår: GM också i Timetal - 62 - s och Timetal - LCB-axeln och överväger legeringen till massproduktion. En annan amerikansk högpresterande bil, NSX Acura, ANVÄNDER också titankopplingar, ett exempel på en massproducerad titan för bilkopplingar. Ford motorföretag har identifierat flera titanlegeringskomponenter för fordonsapplikationer som ti-3a1-8v-6cr-4mo-4zr fjäder, ti-6a1-4v inloppsventil och ventilhållare, ti-6a1-2sn-4zr-2mo och ti- 6a1-2sn-4zr-2mo-0.1si avgasventil. Titanfjädrarna producerade av företaget omkring 1989 vägde en tredjedel lika mycket som motsvarande stålfjädrar och var mindre och mer kompakta. Producerade inlopps- och avgasventiler kan förlänga bilens körsträcka med en gallon med 3 till 4 procent. När ventilen kombineras med en titanfjäder kan motorns bränsleförbrukning minskas.


En serie billiga titanlegeringar har utvecklats i USA. Exempelvis utvecklade Timet och GM Timetal 62S (ti-6a1-2fe-0.1si) legering för användning i bilmotorkomponenter, med bättre prestanda än ti-6a1-4v och 15% ~ 25% lägre kostnad än ti-6a1- 4v. Timetal crankxt, en titanlegering som nyligen utvecklats av Timet för motorcykel- och bilavgassystem är en ti-fe-si-o-legering. Den högsta massfraktionen av legeringselement är 0,5% Fe. 0,6% Si; 0,15% O. Företaget producerade 3,2 ton platt göt genom elektronstrålsmältning på en gång, som kallvalsades till bandspolar med specifikationerna 1,65 ~ 0,91 mm efter varmvalsning.


Timetal1100 (ti-6al-2,7 sn-4zr-0,4 mo-0,45si) avgasventil för legering har utvecklats av titansmältföretag i USA med krypbeständighet och oxidationsbeständighet vid 6000 ℃. Timet Timetal av LCB (Fe Ti - 4.5-6.8 Mo - 1.5 A1) -legering, är speciellt utvecklad för in i bilmarknaden, dess omfattande prestanda är utmärkt, särskilt motståndskraftens motståndskraft är bättre än för någon annan titanlegering, Timetal LCB metastabil beta-titanlegering är en typ av låg kostnad, det huvudsakliga legeringselementet är låg Fe-Mo-legering, sträckgränsen är högre än 900 mpa, töjningen är cirka 18%, prestanda som höghållfast stål, jämfört med att använda aluminium molybden mellanprodukt legering med molybdenjärn kan sänka kostnaderna med 25% ~ 33%. LCB-fjädrar har använts i terrängbilar, som har två fördelar utöver att minska fordonets vikt: snabbare responstider än stålfjädrar, och därmed jämnare körning; Viktminskning på 60%, volymminskning med 25%, livslängd mer än fyra gånger stålfjädern. Manley högpresterande produkter producerar ti-1000 och ti-6a1-2sn-4zr-2mo titanventiler, som har använts i olika typer av motorcykel RACES.


2.2 Japanska

Titan har använts i racerbilar och vissa sportbilar i Japan i 20 år, men inte i kostnadsmedvetna personbilar. Till exempel vann nissan R382 Japan Grand Prix på grund av sin titanventil. För närvarande är titan och dess legering i fordonsapplikationer främst motordelar fjäder, bilstång, anslutningsstav, standarddelar, hjul, kraftventiler och så vidare. Enligt japansk erfarenhet är användningen av 0,8 ~ 0,9 kg / bit titan i fordonskraftsventiler ekvivalent med viktminskning på 20 kg / bit.


Mycket forskning har gjorts i Japan för att utveckla titan för fordonsapplikationer. Framtida teknikforskningsinstitut har utvecklat SAT64AW, SAT64HM, SAT325HM, ti-20v-4a1-lsn och andra titanlegeringar för fordon. AT64HM, SAT325HM-legering har god termisk bearbetning, borrning och utmattningsutrustning, eller gör mer borrning av anslutningsstavsdelar, skärkostnaderna är lägre. Ti-2v-4a1-legeringen utvecklad av mitsubishi motors Corporation i Japan har god kallbearbetningsförmåga och är lämplig för tillverkning av ventilstång. Ti-6al-4v insugnings- och avgasventiler gjorda av toda of Japan, titan Valley bedrägeri förbättrar motorprestanda och hastigheter med 10 till 15 procent. Det är värt att nämna att vid den 29: e internationella bilutställningen som hölls i Tokyo, Japan 1992, presenterades titan-karosspaneler och energibesparande motorbilar med titan för första gången, vilket väckte alla deltagares uppmärksamhet. 1996 vann en japansk tillverkad solbil med titan i sina konstruktionsdelar den fjärde världsbilen för solbil. Titan användes först i massproduktionen av premium NSX v-6, sedan i ventilklassen på Toyota Coupe Cabriolet, som vann en pris i Japan 1998. Inloppsventilen är tillverkad av ti-6a1-4v / TiB-legering med pulvermetallurgi, och avgasventilen är tillverkad av ti-al-zr-sn-nb-mo-si / TiB-legering med värmebeständighet. Bilens motor är 2000cc, med en 279 inloppsventil och åtta 249 avgasventiler. Bilens totala titan är 408g. När råvarorna är stål är respektive vikter 40.Og och 44.6g, och den totala ventilvikten är mer än dubbelt så stor som titan. Bilen använder också titan för sin ventilfjäder, vilket minskar vikten från 43 g till 36 g. Toyota producerade ursprungligen 4 000 av de nya bilarna, varav hälften titan.


Datong stålföretag i Japan har utvecklat en ny typ av aluminiumlegering av titan, som kan användas vid tillverkning av avgasventil för bilmotor. Sammansättningen för denna nya titanaluminiumlegering är ti-33,5 a1-1nb-0,5 cr-0,5si (viktprocent), i vilken Nb och Si tillsättes för att förbättra oxidationsbeständigheten och krypbeständigheten. Jämfört med martensit värmebeständigt stål och nickelbaslegering som vanligtvis används för avgasventiler kännetecknas legeringen av en liten specifik vikt (endast hälften av den från martensit värmebeständigt stål) och god värmeledningsförmåga. Japans forskningsinstitut för metallmaterial och Korea: s mekaniska och metalliska forskningsinstitut, användning av elementblandningsmetod legeringspulver och pulver jämnt blandat, vakuumsintring, varmt isostatisk tryck i två lågkostnadslegeringar, med utmärkta drag-, kryp- och utmattningsegenskaper, förväntas göras till bildelar.


De erforderliga egenskaperna hos titanlegering som används i bilavgassystemet måste överensstämma med följande fyra punkter: (1) tillräcklig styrka vid hög temperatur över 600 ℃ och liten hållfasthetsreduktion efter lång användning. (2) minskningen av väggtjockleken orsakad av oxidation vid hög temperatur över 700 ℃ är mycket liten. (3) vid rumstemperatur har rent titan av klass JIS 2 och astmgr.2 (nedan kallad gr.2) samma formbarhet (böjningsegenskap, utbuktande egendom, djup slagegenskap etc.) som ovan. (4) vid höga temperaturer över 600 ℃ är det svårt att deformera en viss belastning med sträckgräns mindre än 0,2% av temperaturen under lång tid, det vill säga krypmotståndet är bra. Ti-lcu och ti-1cu-0.5 Nb designkoncept och utmärkta egenskaper (formbarhet vid rumstemperatur, hållfasthet vid hög temperatur, oxidationsbeständighet, krypmotstånd) för fordonsavgassystem utvecklade av Nippon steel co., LTD. Dessa legeringar uppnådde låg oxidation genom tillsats av Cu, och tillsatsen av nödvändig Nb resulterade i födelsen av nya koncept som inte finns i de ursprungliga legeringsdesignidéerna, såsom super-tix 10CU och super-tix 1OCUNB, som har använts i stor utsträckning som fordonsavgasmaterial. Såsom super-tix 10CU sedan 2007 har använts i suzuki GSX-serien ljuddämpare för krav på värmebeständighet för delarna. Det har använts på nissan gt-rspec-v sedan 2009 och på gt-r EGOIST ljuddämpare sedan 2010, med en viktminskning på cirka 30% jämfört med rostfritt stål. Super-tix 10CUNB används av Akrapovic, Europas största tillverkare av avgaskomponenter, inte bara i motorcyklar, utan också till en del av billjuddämpare. Dessa legeringar används till fullo för sin höga bearbetbarhet och höga temperaturhållfasthet, höga oxidationsbeständighet och krypmotstånd vid rumstemperatur. Legeringsdesign och tillverkningsförhållanden är lämpliga.


2.3 I Kina

Kina genomför kraftfullt marknadsföringen av titan på bilar. Först via webbplatsen, tidningar, tidskrifter och andra former av marknadsföring, titan