Viime vuosina autoteollisuuden nopean kehityksen myötä polttoaineenkulutus, ympäristönsuojelu ja turvallisuus ovat herättäneet yhä enemmän yleisön huomiota. Autoteollisuuden tuleva suunta keskittyy eteenpäin kevyeen, vähentyneeseen polttoaineenkulutukseen ja pienempiin päästöihin. Ajoneuvon oma paino kuluttaa arvovaltaisten kansainvälisten organisaatioiden tilastojen mukaan 60% autojen polttoaineiden polttoaineiden palamisesta. Vaikka erittäin luvat ohuet teräslevyt, alumiinit, magnesium, metallimatriisikomposiitit ja muovihartsit ovat jo olleet roolia ajoneuvon painon vähentämisessä, teollisuuden titaanimateriaalien syntyminen on tarjonnut paremman vaihtoehdon autojen valmistukseen.
Titaniummetalli tarjoaa etuja, kuten matala tiheys, korkea spesifinen lujuus ja erinomainen korroosionkestävyys. Titaanin käyttäminen autoissa voi vähentää merkittävästi ajoneuvon painoa, pienentää polttoaineenkulutusta, parantaa moottorin tehokkuutta ja parantaa ympäristönsuojelua vähentäen samalla melua. Titaniumseosten korkeat kustannukset ovat kuitenkin rajoittaneet niiden käyttöä pääasiassa ylellisyyteen ja urheiluautoihin, joissa on harvinaista käyttöä tavallisissa ajoneuvoissa. Siksi markkinoiden vaatimuksia vastaavien edullisten titaaniseosten tutkiminen ja kehittäminen on avainaan niiden soveltamisen edistämiseksi valtavirran kuluttaja-ajoneuvoissa.
Titaniumseosten nykyiset sovellukset autoteollisuudessa
Vaikka titaaniseoksia käytetään laajasti ilmailu-, petrokemian ja laivanrakennusteollisuuden aloilla, niiden sovellus autoteollisuudessa on ollut hidasta. Alkaen ensimmäisestä All-titanium-autosta, jonka General Motors kehitti vuonna 1956, titaaniautojen komponentit saavuttivat massantuotantotasoja vasta 1980-luvulla. 1990 -luvulla luksusautojen, urheiluautojen ja kilpa -autojen kasvavan kysynnän myötä titaanikomponentit näkivät nopean kehityksen. Maailmanlaajuinen autoteollisuuden titaani käyttö oli vain 50 tonnia vuonna 1990, nosti 500 tonnia vuonna 1997, 1 100 tonnia vuonna 2002 ja 3, 000 tonnia vuonna 2009. Sen ennustetaan ylittävän 5, 000 tonnia vuoteen 2015 mennessä. Tällä hetkellä käytetään seuraavaa titaanikomponenttia: Yleisesti käytetään:
Moottorin kytkentävarret:
Titaaniseokset ovat ihanteellinen valinta sauvojen kytkemiseen. Titaaniliittotangot voivat vähentää moottorin painoa tehokkaasti, parantaa polttoainetehokkuutta ja vähentää päästöjä. Terästankoihin verrattuna titaanitangot voivat vähentää painoa 15%–2 0%. Sovelluksia ovat Ferrarin 3,5L V8 ja Acuran NSX -moottorit. Yleisiä materiaaleja ovat Ti -6 al -4 v, ti -10 v -2 fe -3 al, ti -3 al -2. 0V ja ja 10}} Ti -4 al -4 mo-sn -0. 5si.
Moottoriventtiilit:
Titaaniventtiilit vähentävät painoa, pidentävät käyttöiän käyttöikää, pienempi polttoaineenkulutus ja parantavat luotettavuutta. Teräsventtiileihin verrattuna titaaniventtiilit voivat vähentää painoa 30–40%ja lisätä moottorin nopeutta 20%. Yleisiä materiaaleja ovat Ti -6 al -4 v imuventtiileihin ja ti -6242 S pakoventtiileihin. Muita lupaavia seoksia ovat ti -62 s ja -tal.
Venttiilin kevään pidättäjät:
Suuri lujuus ja väsymiskestävyys ovat välttämättömiä venttiilin jousien pidättäjille. Beta -titaaniseokset, kuten ti -15 v -3 cr -3 al -3 sn ja ti -15 mo -3 al -2. 7nb -0}. Mitsubishi on käyttänyt ti -22 V -4 al -kiinnitystä, vähentäen painoa 42%.
Titaanilähteet:
Titaaniseoksissa on alhaisempi joustava moduuli kuin teräksellä, joten ne sopivat elastisiin komponenteihin. Titaanijouset ovat 30–40% kevyempiä kuin teräsjouset ja tarjoavat parempaa väsymystä ja korroosionkestävyyttä. Yleisiä materiaaleja ovat ti -4. 5fe -6. 8Mo -1. 5Al ja ti -13 v -11 cr -3 al.
Turboahtimet:
Turboahtimet parantavat moottorin tehokkuutta ja tehoa. Turbiiniroottorit vaativat korkeaa lämmönkestävyyttä, joita titaaniseokset, kuten tial, tarjoavat. Mitsubishi Lancer Evolution -mallit ovat menestyksekkäästi kaupallistaneet tial -turbiiniroottorit.
Pakojärjestelmät ja äänenvaimentimet:
Titaania käytetään laajasti pakojärjestelmissä luotettavuuden parantamiseksi, käyttöiän pidentämiseksi, painoa ja parantaa polttoainetehokkuutta. Titaanien pakojärjestelmät ovat 40% kevyempiä kuin teräsjärjestelmät. Työskentelyä puhdasta titaania käytetään yleisesti.
Runkokehykset:
Titaanin korkea spesifinen lujuus ja sitkeys tekevät siitä sopivan kehon kehyksiin. Japanissa puhdasta titaanihitsatut putket käytetään turvallisuuden ja luotettavuuden parantamiseksi.
Muut komponentit:
Titaania käytetään myös moottorin keinuvarsilla, jousitusjousilla, mäntätapissa, kiinnittimissä, ovenpalkeissa, jarrusatula -männäissä ja kytkinlevyissä.
Titaaniseosten edut
Kevyt: Vähentää ajoneuvon painoa ja parantaa polttoainetehokkuutta.
Korkea spesifinen lujuus: Parantaa suorituskykyä ja turvallisuutta.
Korroosionkestävyys: Pidentää komponenttien käyttöikää.
Melu ja tärinän vähentäminen: Parantaa ajo -mukavuutta.
Titaaniseosten rajoitukset
Korkeat kustannukset: Ensisijainen este laajalle levinneelle käytölle autoteollisuudessa.
Hitsattavuus ja hitsaus: Valmistuksen ja käsittelyn haasteet.
Automotive -titaaniseosten tutkimus
Nykyinen tutkimus keskittyy kustannusten vähentämiseen:
Edulliset seosjärjestelmät: Kehitetään seoksia edullisilla elementeillä, kuten Fe, Cr, Si ja Al.
Kehittynyt prosessointitekniikka: Kylmä taonta ja jauhemetallurgia (esim. Metallin injektiomuovaus) valmistuskustannusten vähentämiseksi.
Johtopäätös
Seuraavan sukupolven autoteollisuuden suunnittelu korostaa kevyttä, vähentynyttä polttoaineenkulutusta, alhaisempaa melua ja minimoitua tärinää tiukkojen ympäristövaatimusten täyttämiseksi. Tässä yhteydessä titaani on valmis tulemaan merkittäväksi aineelliseksi valinnaksi tuleville ajoneuvoille. Kustannusten vähentämiseksi edelleen tutkimuksen tulisi keskittyä:
Kehitetään edullisia seosjärjestelmiä kalliiden elementtien minimaalisesti.
Beeta-titaaniseosten taonta- ja kylmämuotoilutekniikan edistäminen.
Jauhemetallurgiatekniikoiden parantaminen suorituskyvyn parantamiseksi ja kustannusten vähentämiseksi.
Talouden kasvaessa ja titaanikustannukset vähenevät, useammat insinöörit valitsevat titaania autokomponentteihin vahvistaen sen tärkeän roolin autoteollisuudessa.
