發(fā)布日期：2016-8-7 16:50:56
隨著生活水平和鈦制造工藝的提高，大家對汽車性能要求越來越高，輕量化、低能耗和低排放是汽車發(fā)展的趨勢。汽車材料的改進是輕量化的可行方法，要想實現(xiàn)低能耗和低排放，就需要加大高端輕型材質的研發(fā)。輕質材料、金屬基復合材料及陶瓷等新材料的使用在一定程度上決定了汽車的發(fā)展趨勢，是汽車技術發(fā)展的重要方面。 鈦及鈦合金作為結構功能性材料，是汽車實現(xiàn)輕量化和高性能、高功能的理想選材。隨著鈦工業(yè)的發(fā)展，鈦材終將在汽車領域占據重要地位。汽車用鈦市場潛力巨大，前景廣闊。
鈦合金卓越的性能，使其在賽車、特種車輛及家用轎車上具有巨大的潛在應用空間—包括引擎/傳動系統(tǒng)和車身/底盤。對于減輕車身重量、提升汽車性能方面，鈦合金具有其他合金或者不銹鋼無法替代的優(yōu)點。
汽車用鈦常被提及的技術問題包括耐磨性、低楊氏模量及難制造加工。對于第一個技術問題，可以通過涂層與強化來解決，第二個技術問題可以通過強化來解決，而第三個技術問題可以通過近凈成形技術和選擇相近的工藝參數來解決。可見技術問題不是難以克服，而首要的問題是相較于鋼材和鋁材，鈦材的成本較高，這是由于鈦礦較高成本的開采及更復雜的處理過程所造成的。因此鈦工業(yè)面臨的首要挑戰(zhàn)是如何通過降低鈦的提取及制造成本從而降低鈦零部件的價格。
常用鈦制標準零部件
奧迪R8賽車材料分布比例
鈦合金在汽車制造領域的應用
鈦合金是一種新型結構及功能材料，具有優(yōu)異的綜合性能，主要優(yōu)點是密度小、比強度高。鈦的密度為4.51 克/厘米3，介于鋁（2.7 克/ 厘米3）和鐵(7.6克/ 厘米3) 之間。鈦合金的比強度高于鋁合金和鋼，韌性也與鋼鐵相當。鈦及鈦合金抗蝕性能好，優(yōu)于不銹鋼。特別是在海洋大氣環(huán)境中, 能抵抗氯離子的侵蝕；微氧化氣氛下，耐蝕性好。鈦合金的工作溫度較寬，低溫鈦合金在－253℃還能保持良好的塑性，而耐熱鈦合金的工作溫度可達550℃左右，其耐熱性明顯高于鋁合金和鎂合金。同時，鈦合金還具有良好的加工性、焊接性能。 鈦在汽車上的用途主要分兩大類，第一類是用來減少內燃機往復運動件的質量（對于往復運動的內燃機零件來講，即使減少幾克質量都是重要的）；第二類是用來減少汽車總質量。根據設計和材料特性，新一代汽車上鈦主要分布在發(fā)動機元件和底盤部件上。在發(fā)動機系統(tǒng)，鈦可制作閥門、閥簧、閥簧承座和連桿等部件；在底盤部件主要為彈簧、排氣系統(tǒng)、半軸和緊固件等。
鈦合金在汽車上的潛在應用
鈦合金在汽車發(fā)動機上的應用
鈦合金在汽車零部件上的應用
鈦合金在汽車的具體應用
1、發(fā)動機
動力傳動裝置的核心是內燃發(fā)動機。內燃機往復運動式零件和轉動式零件的質量嚴重地影響燃油是否節(jié)約。
汽車內燃機往復運動式零件和轉動式零件
發(fā)動機的連桿對材料的強度、疲勞性能、剛度( 特別是大頭端) 及耐磨性能都有嚴格的要求, 而鈦的強度和疲勞性能更適合制造這些零件。鈦連桿質量的減輕, 結合以質輕的活塞和活塞銷, 使噪聲、震顫、車身跳動明顯減輕, 改善了發(fā)動機的工作性能。同時, 這些零件如果用鈦制造,還可以提高發(fā)動機的工作溫度。 活塞銷要求材料具有一定的強度、耐磨性能、高剛度和耐高溫, 目前最佳選擇是密度低、高溫強度高、生產成本相對不高的金屬間化合物γ-TiAl。 對更高速度的發(fā)動機而言, 其氣門傳動機構也以使用抗蠕度、抗氧化的鈦材為宜。尤其是使用γ-鋁化鈦作氣門彈簧, 除 減輕質量, 還可將發(fā)動機速度提高10%。
日本豐田汽車公司率先在中型家庭轎車Altezza上使用了鈦發(fā)動機氣門。
γ-TiAl用于高速發(fā)動機，從而減少閥門振動
2、制動系統(tǒng)
鈦的低導熱系數和較差耐磨性阻礙了鈦在汽車剎車盤上的使用；但是由于鈦優(yōu)良的耐腐蝕性能使其在制動管路連接法蘭密封圈及剎車導向銷上有所應用，鈦的低導熱系數可以用來保護剎車液。
3、車體框架部分
為了提高汽車的安全性和可靠性，需要從設計、制造上，尤其是材料方面考慮。鈦不僅具備高的比強度、同時具備良好的韌性，使之更堅固，是制做車體框架的良好材料。在日本，汽車制造商們采用純鈦焊接管制作框架，這類框架給駕車者足夠的安全感。
4、排氣系統(tǒng)
主要由排氣管和排氣消音器形成的排氣系統(tǒng)也是適于使用鈦的領域。鈦在汽車排氣系統(tǒng)的用量較大，用鈦及合金制作的排氣系統(tǒng)不僅可以大大延長使用壽命，提高可靠性，外形美觀，同時還可提高燃料效率，減重效果明顯；與鋼制排氣系統(tǒng)相比，鈦制排氣系統(tǒng)可以減重約40％。
鈦消音器只有5-6 千克，比不銹鋼消音器輕很多。日本本田等四家公司采用了鈦制消音器用于大型汽車和個別中型汽車上。使用的鈦材主要為工業(yè)純鈦。
鈦制排氣系統(tǒng)
5、鈦彈簧
鈦及鈦合金彈性模量低，σs/E 比值大，適合制作彈性元件。與鋼制汽車彈簧相比，在相同彈性功能的前提下，鈦彈簧的高度僅為鋼彈簧的40%，便于車體設計，其重量減輕60%~70%。鈦合金優(yōu)異的疲勞性能和耐蝕性可大大提高鈦彈簧的使用壽命。
鈦尾軸彈簧
6、螺栓和緊固件
用鈦制螺栓和緊固件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋼制螺栓和緊固件，可有效減輕重量。這種類型的鈦零件可以用相對較低的成本粉末冶金技術來生產。
采用粉末冶金技術生產的Ti-6Al-4V汽車緊固件