Anwendung von Titanlegierungen im Automobil-Leichtbau

Titan und Titanlegierungen zeichnen sich durch geringe Dichte, hervorragende mechanische Eigenschaften, gute Biokompatibilität, Korrosionsbeständigkeit, Hochtemperaturbeständigkeit und gute Tieftemperaturzähigkeit aus. Gegenwärtig werden sie häufig in der Automobilherstellung eingesetzt. Die Dichte der Titanlegierung beträgt nur 60% der von Stahl und die Festigkeit kann mehr als 800 MPa erreichen. Es behält immer noch gute mechanische Eigenschaften bei etwa 500°C und seine Schweiß- und Umformeigenschaften sind gut. Es wurde vor mehr als 20 Jahren bei der Herstellung von Rennwagen verwendet. Reduzieren Sie die Qualität des Rennmotors erheblich und verbessern Sie gleichzeitig die Motorleistung.

Gegenwärtig werden Titanlegierungskomponenten, die in der Automobilherstellung verwendet werden, hauptsächlich in Automobilabgassystemen, Motorsystemen, Getriebe- und Schwingungsreduktionssystemen und Fahrzeugkarosserierahmenteilen vertrieben.

1. Auspuffanlage

Werkstoffe für Automobilabgassysteme müssen gute mechanische Hochtemperatureigenschaften und Beständigkeit gegen S- und Cl-Elementkorrosion aufweisen. Herkömmliche Auslassventilkomponenten bestehen aus Edelstahl, es hat sich jedoch herausgestellt, dass Titanlegierungen hinsichtlich der Leistung besser für Auslassventilmaterialien geeignet sind.

Das im neuen Chevrolet Corvette Z206 verwendete Titan-Rücklaufrohr vermeidet effektiv Lochfraß- und Schweißkorrosion am Edelstahlrohr, verbessert gleichzeitig die Kraftstoffverbrennungseffizienz und Beschleunigungsfähigkeit und verkürzt den Bremsweg.

Timet, der größte Titanhersteller in den Vereinigten Staaten, hat sich der Forschung und Entwicklung und Herstellung von Abgassystemen aus Titanlegierungen verschrieben, und viele japanische Unternehmen haben auch entsprechende Forschungs- und Entwicklungsarbeiten durchgeführt. Gegenwärtig hat Fuji Heavy Industries Co., Ltd. eine begrenzte Anzahl von 440 Sätzen von Fahrzeugabgassystemen aus Titanlegierung hergestellt. Luftröhre.

2. Motorsystem

Das Automotorsystem ist der am häufigsten verwendete Teil der Titanlegierung im Automobilbereich. Die Anwendung von Titanlegierungen im Motorsystem umfasst hauptsächlich Ventil, Pleuel, Kurbelwelle, Ventilsitz und andere Teile.

Japan's Honda Motor Company verwendet geschmiedete Titanpleuel im NSX-Renn-V-6-Motor; Mitsubishi Motors verwendet Titan-Ventilfedersitze in Hochleistungs-Vierzylindermotoren, und Porsche-Autos verwenden auch Titanpleuel.

(1) Ventil

In Bezug auf Ventile aus Titanlegierungen haben die Vereinigten Staaten und Japan viel Forschungsarbeit geleistet. Gegenwärtig verwenden die Vereinigten Staaten im Allgemeinen eine Ti-6Al-4V-Legierung zur Herstellung von Einlassventilen und eine Ti-6Al-2Sn-4Zr-2M-Legierung zur Herstellung von Auslassventilen; während Toyota in Japan die Legierung Ti-6Al-4V/Ti B für das Einlassventil und die Legierung Ti-Al-Zr-Sn-Mo-Nb-Si/Ti B für das Auslassventil verwendet. Diese Arten von Titanlegierungen haben alle gute mechanische Hochtemperatureigenschaften, Oxidationsbeständigkeit und Kriechbeständigkeit, die die Motorleistung effektiv verbessern und Fahrzeuge beschleunigen.

(2) Ventilsitz

Ventilsitze aus Titanlegierungen sind in Renn- und Sportwagen weit verbreitet. Jährlich werden mehr als 250.000 Sets produziert. Sie bestehen hauptsächlich aus der Legierung Ti-6Al-4V oder Ti-5Al-2Cr-1Fe. Da die Form des Ventilsitzes relativ einfach ist, wird er verwendet in Die Bearbeitungsanforderungen sind nicht hoch und es ist keine spezielle Oberflächenbehandlung erforderlich, die Kosten sind relativ günstig und der Effekt der Gewichtsreduzierung des Autos ist offensichtlich.

(3) Pleuelstange

Die Verwendung von Pleuelstangen aus Titanlegierung kann die Qualität des Motors effektiv reduzieren und die Leistung des Autos verbessern. Derzeit ist das Hauptpräparationsmaterial eine Ti-6Al-4V-Legierung. Japan Daido Co., Ltd. entwickelt derzeit eine zweiphasige Titanlegierung Ti-3Al-2V-0.2Si-0.47Ce-0.27La, die eine gute Bearbeitbarkeit und hervorragende mechanische Eigenschaften, Ermüdungseigenschaften und Korrosionsbeständigkeit aufweist. , Es wird erwartet, dass es in den Pleuelstangenteilen des Motors verwendet wird, die schnell beschleunigen und verzögern.

(4) Kurbelwelle

Obwohl Kurbelwellen aus Titanlegierungen derzeit nicht weit verbreitet sind, wurde die speziell von Japan entwickelte Ti-3Al-2.5V-Legierung an Honda-Rennwagen verifiziert. Während die Qualität effektiv reduziert wurde, wurde die Motordrehzahl um 700 U / min erhöht, was beweist, dass Titan die Überlegenheit von Aluminiumkurbelwellen hat. Gleichzeitig hat Japan versuchsweise Kurbelwellen aus einer Ti-5Al-2Cr-Fe-Legierung hergestellt, und es wird erwartet, dass Titanlegierungen in Kurbelwellenkomponenten weiter verbreitet werden.

3. Dämpfungssystem

Die Kernkomponente des Automobildämpfungssystems ist die Aufhängungsfeder. Im Vergleich zu allgemeinem Automobilfederstahl hat Titanlegierung eine höhere spezifische Festigkeit und einen niedrigeren Schermodul sowie eine höhere Ermüdungsfestigkeit, was sie für die Herstellung von Automobildämpfungsfedern geeigneter macht. Da die Durchbiegung der Feder direkt proportional zur Anzahl der Windungen und umgekehrt proportional zum Schubmodul des Materials ist, benötigt die Feder aus Titanlegierung bei gleichem Federverhalten weniger Windungen als eine Stahlfeder, wodurch die Frühlingsqualität. , Platz sparen.

Gleichzeitig kann die Feder aus Titanlegierung auch die Resonanzfrequenz der Feder effektiv erhöhen und ihre Lebensdauer erhöhen. Gegenwärtig werden die meisten Titanlegierungsfedern aus einer einphasigen β-Titanlegierung hergestellt. Die deutsche Volkswagen Company hat in einigen Autos Lupo FSI-Getriebefedern aus Titanlegierung verwendet, und die Menge beträgt etwa 3.500.

4. Körperrahmen

In Bezug auf Karosserierahmenkomponenten weisen die höhere spezifische Festigkeit, die niedrigere Dichte und die gute Korrosionsbeständigkeit der Titanlegierung darauf hin, dass es sich um ein gutes Material zur Herstellung von Karosserierahmen handelt. Gegenwärtig haben einige Automobilunternehmen Titanlegierungen für Teile wie Getriebehalterungen und Bremssattelkolben verwendet. Unter den Getriebekomponenten entwickelt Japan derzeit ein Hochspinnverfahren zur Herstellung von Gehäusen aus Titanlegierung. Im Vergleich zu Stahlgehäusen können Gehäuse aus Titanlegierung den Aufprall des Schwungrads besser reduzieren und haben eine bessere Dämpfungswirkung.

Darüber hinaus wurden Titanlegierungen auch in Befestigungselementen und anderen Komponenten für Kraftfahrzeuge verwendet. Mit der kontinuierlichen Entwicklung der Technologie zur Herstellung von Titanlegierungen und der Automobilindustrie werden Titanlegierungen mit Sicherheit in Automobilteilen weiter verbreitet.

5. Die Bedeutung von Titanlegierungen für den Leichtbau von Automobilen

Ausländische Forschungsinstitute haben berechnet und festgestellt, dass bei einer Verringerung der Servicequalität eines Autos um 10 % der Kraftstoffverbrauch um 6 bis 8 % gesenkt werden kann. Studien haben auch gezeigt, dass pro 91 kg Gewichtsverlust durchschnittlich 0,43 km pro Liter Kraftstoff zurückgelegt werden können. Mit der kontinuierlichen Entwicklung der Wirtschaft meines Landes und der ständigen Zunahme der Anzahl von Autos ist daher das Leichtgewicht von Autos zu einem der wichtigsten Wege zur Reduzierung des Energieverbrauchs und der Luftverschmutzung geworden.

Titan und Titanlegierungsmaterialien werden derzeit aufgrund ihrer hervorragenden physikalischen und chemischen Eigenschaften häufig in Autoteilen verwendet. Die Verwendung von Titanmaterialien verbessert nicht nur effektiv die Leistung und den Sicherheitsfaktor des Autos, sondern spielt auch eine wichtige Rolle beim Leichtgewicht des Autos, indem es die Qualität des Autos effektiv reduziert'sind und den Kraftstoffverbrauch senken .

Im Vergleich zum herkömmlichen Edelstahlsystem wird die Abgasdüsen-Rücklaufrohr-Baugruppe aus Titan in der Autoabgasanlage verwendet, wodurch das Gewicht um etwa 8,2 kg reduziert werden kann. Die Verwendung von Titanlegierungsprodukten als Ersatz für herkömmliche Stahl- und Gusseisenmaterialien in Motorteilen wie Ventilen und Pleueln kann die Qualität des Motors effektiv reduzieren.

Nach Untersuchungen der japanischen Automobilindustrie entspricht die Verwendung von etwa 0,8 kg Titanmaterial für Kraftventile von Kraftfahrzeugen der Wirkung von 20 kg Stahlteilen; jeder Titan-Ventilsitz kann das Gewicht von etwa 10 g im Vergleich zu Stahlventilsitzen reduzieren sogar Stangen und Kurbelwellen werden in Titanlegierungen verwendet, die am effektivsten zur Reduzierung der Motormasse sind.

Beim Schwingungsdämpfungssystem kann jede Feder aus Titanlegierung die Masse im Vergleich zu Stahlfedern um mehr als 60 % reduzieren. Basierend auf 4 Aufhängungsfedern pro Fahrzeug kann jedes Fahrzeug nach dem Wechsel zu Titanlegierungsfedern das Gewicht um 9 bis 13,6 kg reduzieren. Darüber hinaus beträgt die Masse des Schalldämpfers aus Titanlegierung nur 5 ~ 6 kg, was 40% leichter ist als der Schalldämpfer aus Edelstahl.

Nimmt man ein gewöhnliches mittelgroßes Auto als Beispiel: Wenn die bestehenden Autoteile aus Titanlegierung verwendet werden, um die traditionellen Teile zu ersetzen, wird das Leergewicht des Autos von etwa 1500 kg auf etwa 1000 kg reduziert, die Gewichtsreduzierung 30 % erreichen und der Gesamtkraftstoffverbrauch um 20 % gesenkt werden. Dies wird den Kraftstoffverbrauch der Welt erheblich reduzieren und die Probleme der Energieknappheit und der Umweltverschmutzung effektiv lindern.

Die obigen Daten zeigen, dass die Verwendung von Titanlegierungen eine signifikante Wirkung auf die Gewichtsreduzierung von Automobilen hat. In der modernen Automobilindustrie soll die Anwendungstechnik von Titan und Titanlegierungen in Automobilteilen ständig weiterentwickelt werden, um den Anteil von Titanlegierungen in Automobilen zu erhöhen.

Derzeit befindet sich die Anwendung von Titanlegierungen in der Automobilindustrie meines Landes noch in der Erprobungsphase. Das Hauptproblem besteht darin, dass die Kosten für Titanlegierungsmaterialien zu hoch sind und die Teile schwer zu verarbeiten sind.

Daher sollte die Hauptaufgabe in der Zukunft darin bestehen, den Preis von Titanlegierungsteilen durch die Entwicklung billiger Titanlegierungsmaterialien zu senken, die Produktionskosten von Titanlegierungsrohstoffen zu senken und die Verarbeitungseffizienz von Titanlegierungsteilen durch Verbesserung der Verarbeitungstechnologie zu verbessern.

Ausländische Erfahrungen haben gezeigt, dass nur die Kombination von Automobildesign und -herstellung und Titanlegierungsforschung und -entwicklung höherwertige Titanlegierungsmaterialien für Automobile liefern kann.

Es wird angenommen, dass Titan und Titanlegierungen mit der kontinuierlichen Vertiefung von Forschung und Entwicklung eine immer wichtigere Rolle in der modernen Automobilindustrie meines Landes spielen und die kontinuierliche Entwicklung der Automobilindustrie fördern werden.

Nicole