據(jù)中國(guó)產(chǎn)業(yè)洞察網(wǎng)了解,盡管鈦合金已廣泛應(yīng)用于航空航天、石油化工以及艦船工業(yè)上,但是在汽車(chē)工業(yè)中的應(yīng)用卻發(fā)展緩慢。從1956年美國(guó)通用公司研制成功第一輛全鈦汽車(chē)開(kāi)始,鈦制汽車(chē)零部件直到20世紀(jì)80年代才達(dá)到批量生產(chǎn)的水平,90年代隨著豪華汽車(chē)、跑車(chē)、賽車(chē)需求量的逐年增加,鈦制零部件才得到了飛快發(fā)展。1990年全世界汽車(chē)用鈦量?jī)H為50t,1997年達(dá)到了500t,2002年達(dá)到了1100t,2009年達(dá)到了3000t,預(yù)計(jì)2015年全世界汽車(chē)用鈦量將突破5000t。目前鈦合金零部件有以下幾種比較常用。
1、發(fā)動(dòng)機(jī)連桿
鈦合金是連桿用材料的理想選擇。用鈦合金制造的發(fā)動(dòng)機(jī)連桿能有效減輕發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量,提高燃油利用率和減少排氣量。相比于鋼制連桿,鈦制連桿可減輕15%~20%的質(zhì)量。鈦合金連桿的應(yīng)用首先在意大利的新型法拉利轎車(chē)3.5LV8與Acura的NSX發(fā)動(dòng)機(jī)上得到了體現(xiàn)。鈦合金連桿所用的材料主要有Ti-6Al-4V、Ti-10V-2Fe-3Al、Ti-3Al-2.0V和Ti-4Al-4Mo-S n-0.5S i等,其他鈦合金材料如Ti-4Al-2S i-4Mn和Ti-7M-4Mo等在連桿中的應(yīng)用也在研發(fā)中。
2、發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)
用鈦合金制造的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén),不但能減輕質(zhì)量、延長(zhǎng)使用壽命,而且可降低油耗和提高汽車(chē)的可靠性。鈦制氣門(mén)與鋼制氣門(mén)相比,質(zhì)量可減少30%~40%,發(fā)動(dòng)機(jī)極限轉(zhuǎn)速可提高20%。就目前的應(yīng)用而言,進(jìn)氣門(mén)的材料以Ti-6A l-4V為主,排氣門(mén)的材料以Ti-6242S為主,通常Sn和Al一起被添加,可以得到較低的脆性和較高的強(qiáng)度;Mo的添加可改善鈦合金的熱處理性能,加強(qiáng)淬火及時(shí)效鈦合金的強(qiáng)度,同時(shí)增加硬度。其他具有發(fā)展?jié)摿Φ拟伜辖鹩校?/P>
3、氣門(mén)彈簧座
高強(qiáng)度及耐疲勞性是汽門(mén)彈簧座必須具備的性能,β鈦合金為熱處理型合金,能通過(guò)固溶時(shí)效處理來(lái)獲得很高的強(qiáng)度,相應(yīng)的比較適合的材料有Ti·15V-3Cr-3Al-3Sn與Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si。三菱汽車(chē)在其規(guī)?;a(chǎn)汽車(chē)上使用Ti-22V-4Al鈦合金汽門(mén)彈簧座,較原鋼制鎖扣減輕了42%的質(zhì)量,氣門(mén)機(jī)構(gòu)減少了6%的慣性質(zhì)量,發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)速增加了300r/min。
4、鈦合金彈簧
鈦及其合金相對(duì)于鋼材料具有較低的彈性模量,σs/E值大,適合制造彈性元件。與鋼制汽車(chē)彈簧相比,在相同彈性功的前提下,鈦制彈簧的高度僅為鋼彈簧的40%,質(zhì)量?jī)H為鋼制彈簧的30%~40%,便于車(chē)體設(shè)計(jì)。另外,鈦合金優(yōu)異的疲勞性能和耐蝕性能可提高彈簧的使用壽命。目前,可用來(lái)制造汽車(chē)用彈簧的鈦合金材料有Ti-4.5Fe6.8Mo-1.5Al和Ti-13V11C-3Al等。
5、渦輪增壓器
渦輪增壓器可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒效率并增強(qiáng)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率及扭力。渦輪增壓器的輪機(jī)轉(zhuǎn)子需要長(zhǎng)期工作在850℃以上的高溫廢氣中,因此要求有很好的耐熱性。傳統(tǒng)的如鋁合金等輕金屬,因熔點(diǎn)較低而無(wú)法使用。雖然陶瓷材料因?yàn)橹亓枯p且耐高溫性佳而在輪機(jī)轉(zhuǎn)子上得到應(yīng)用,但由于成本高及形狀上無(wú)法最佳化而使其應(yīng)用受限。為了解決這些問(wèn)題,Tetsui等人研發(fā)了TiAl輪機(jī)轉(zhuǎn)子,經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)驗(yàn)證,其不但具有良好的耐久性及效能,而且也能改善發(fā)動(dòng)機(jī)的加速性。此項(xiàng)設(shè)計(jì)已成功在Mitsubishi Lancer Evolution系列車(chē)型上得到了商業(yè)化應(yīng)用。
6、排氣系統(tǒng)及消聲器
鈦在汽車(chē)的排氣系統(tǒng)中使用量較大。用鈦及其合金制造的排氣系統(tǒng),不僅可以提高可靠性、延長(zhǎng)壽命和改善外觀,還可以減少質(zhì)量及提高燃料燃燒效率。鈦制排氣系統(tǒng)與鋼制排氣系統(tǒng)相比,質(zhì)量可減少約40%。在Go1f系列汽車(chē)中,鈦制排氣系統(tǒng)質(zhì)量可減少7~9kg,目前排氣系統(tǒng)使用的鈦材主要為工業(yè)純鈦。
鈦制消聲器質(zhì)量只有5~6kg,比不銹鋼等消聲器輕。2000款雪佛萊CorvetteZ06汽車(chē)上用一個(gè)11.8kg的鈦消聲器和尾氣管系統(tǒng)代替原來(lái)20kg的不銹鋼系統(tǒng),質(zhì)量減輕了41%。替代后的系統(tǒng)強(qiáng)度不變,并使汽車(chē)速度更快、操作更靈活及節(jié)約燃料。消聲器使用的鈦材同樣主要是工業(yè)純鈦。
7、車(chē)體框架部分
為了提高汽車(chē)的安全性和可靠性,需要從設(shè)計(jì)和制造方面,尤其是制造材料方面進(jìn)行考慮。鈦是一種用來(lái)制造車(chē)體框架很好的材料,其不僅比強(qiáng)度較高,還具有良好的韌性。在日本,汽車(chē)生產(chǎn)廠商選擇純鈦金屬焊接管制作車(chē)身框架,這種框架能夠使得駕車(chē)者在駕駛時(shí)具有足夠的安全感。
8、其他鈦合金部件
除了以上幾種部件,鈦還應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)搖臂、懸掛彈簧、發(fā)動(dòng)機(jī)活塞銷(xiāo)、車(chē)用緊固件、掛耳螺帽、汽車(chē)門(mén)突入梁、汽車(chē)擋支架、制動(dòng)器卡鉗活塞、銷(xiāo)軸栓、壓力板、變速按鈕及汽車(chē)離合器圓板等汽車(chē)零件