יישום סגסוגת טיטניום בייצור קל משקל לרכב

לטיטניום וסגסוגות טיטניום מאפיינים של צפיפות נמוכה, תכונות מכניות מצוינות, תאימות ביולוגית טובה, עמידות בפני קורוזיה, עמידות בטמפרטורה גבוהה וקשיחות טובה בטמפרטורה נמוכה. נכון לעכשיו, הם היו בשימוש נרחב בייצור רכב. הצפיפות של סגסוגת טיטניום היא רק 60% מזו של פלדה, והחוזק יכול להגיע ליותר מ -800 MPa. הוא עדיין שומר על תכונות מכניות טובות בכ -500 מעלות צלזיוס, ותכונות הריתוך והיצירה שלו טובות. נעשה בו שימוש בייצור מכוניות מירוץ לפני יותר מ -20 שנה. צמצמו משמעותית את איכות מנוע המירוץ, תוך שיפור ביצועי המנוע.

נכון לעכשיו, רכיבי סגסוגת טיטניום המשמשים לייצור רכב מופצים בעיקר במערכות פליטה לרכב, מערכות מנועים, מערכות הילוכים והפחתת רעידות, וחלקי מסגרת מרכב.

1. מערכת פליטה

חומרי מערכת פליטה לרכב נדרשים בעלי תכונות מכניות טובות בטמפרטורה גבוהה ועמידות בפני קורוזיית אלמנטים S ו- Cl. רכיבי שסתום פליטה מסורתיים עשויים נירוסטה, אך נמצא כי סגסוגות טיטניום מתאימות יותר לחומרי שסתום פליטה מבחינת ביצועים.

צינור החזרת טיטניום המשמש במכונית החדשה של שברולט קורבט Z206, נמנע ביעילות מקורוזיית הבורות ומקורוזיות הריתוך על צינור הנירוסטה, תוך שיפור יעילות בעירת הדלק ויכולת האצה, וקיצור מרחק הבלימה.

Timet, יצרנית הטיטניום הגדולה ביותר בארצות הברית, התחייבה למחקר ופיתוח וייצור של מערכות פליטה מסגסוגת טיטניום, וחברות יפניות רבות ביצעו גם עבודות מחקר ופיתוח קשורות. נכון לעכשיו, חברת פוג'י תעשיות כבדות בע"מ ייצרה מספר מוגבל של 440 סטים של מערכות פליטה לרכב סגסוגת טיטניום. קנה הנשימה.

2. מערכת מנוע

מערכת מנועי הרכב היא החלק הנפוץ ביותר בסגסוגת טיטניום בתחום הרכב. היישום של סגסוגת טיטניום במערכת המנוע כולל בעיקר שסתום, מוט חיבור, גל ארכובה, מושב שסתום וחלקים אחרים.

יפן&מס '39; חברת המנוע של הונדה משתמשת במוטות חיבור מזויפים מטיטניום במנוע ה- NSX מירוץ V-6; מיצובישי מוטורס משתמשת במושבים קפיצי שסתום טיטניום במנועים בעלי ארבעה צילינדרים בעלי קיבולת גבוהה, ומכוניות פורשה משתמשות גם במוטות חיבור טיטניום.

(1) שסתום

מבחינת שסתומי סגסוגת טיטניום, ארצות הברית ויפן ערכו עבודות מחקר רבות. נכון לעכשיו, ארצות הברית בדרך כלל משתמשת בסגסוגת Ti-6Al-4V לייצור שסתומי כניסה ו Ti-6Al-2Sn-4Zr-2M o סגסוגת לייצור שסתומי פליטה; בעוד שביפן טויוטה משתמשת בסגסוגת Ti-6Al-4V / Ti B עבור שסתום הכניסה וב- Ti-Al-Zr-Sn-Mo-Nb-Si / Ti B סגסוגת עבור שסתום הפליטה. לסוגי סגסוגות טיטניום אלו לכולם תכונות מכניות טובות בטמפרטורה גבוהה, עמידות בפני חמצון והתנגדות זחילה, המשפרים למעשה את ביצועי המנוע ומזרזים כלי רכב.

(2) מושב שסתום

מושבי שסתום מסגסוגת טיטניום היו בשימוש נרחב במכוניות מירוץ וספורט. יותר מ -250,000 סטים מיוצרים מדי שנה. הם עשויים בעיקר מסגסוגת Ti-6Al-4V או Ti-5Al-2Cr-1Fe. מכיוון שצורת מושב השסתום פשוטה יחסית, משתמשים בה בדרישות העיבוד העיבוד אינן גבוהות, ואין צורך בטיפול פני שטח מיוחד, העלות יחסית זולה וההשפעה ניכרת בהפחתת משקל המכונית.

(3) מוט חיבור

השימוש במוטות חיבור מסגסוגת טיטניום יכול להפחית ביעילות את איכות המנוע ולשפר את ביצועי המכונית. נכון לעכשיו, חומר ההכנה העיקרי הוא סגסוגת Ti-6Al-4V. יפן Daido ושות 'בע"מ מפתחת כיום סגסוגת טיטניום דו-פאזית Ti-3Al-2V-0.2Si-0.47Ce-0.27La, בעלת יכולת עיבוד טובה ותכונות מכניות מצוינות, תכונות עייפות ועמידות בפני קורוזיה. , הוא צפוי לשמש בחלקי מוטות החיבור של המנוע המאיצים ומאטים במהירות.

(4) גל ארכובה

למרות שלא נעשה שימוש נרחב כיום בפיר ארכובה של סגסוגת טיטניום, סגסוגת Ti-3Al-2.5V שפותחה במיוחד על ידי יפן אומתה על מכוניות מירוץ של הונדה. תוך צמצום יעיל של איכות, מהירות המנוע הוגדלה ב 700r / min, מה שמוכיח כי טיטניום העליונות של גל ארכובה סגסוגת. במקביל, ביפן יש ייצור ניסוי גל ארכובה של סגסוגת Ti-5Al-2Cr-Fe, והצפי הוא כי סגסוגות טיטניום ישמשו באופן נרחב יותר ברכיבי גל הארכובה.

3. מערכת דעיכה

מרכיב הליבה של מערכת ההשעיה לרכב הוא קפיץ המתלים. בהשוואה לפלדת קפיצי רכב כללית, סגסוגת טיטניום היא בעלת חוזק ספציפי גבוה יותר ומודול גזירה נמוך יותר, ועוצמת עייפות גבוהה יותר, מה שהופך אותה למתאימה יותר לייצור קפיצי דעיכת רכב. מכיוון שסטיית הקפיץ היא ביחס ישר למספר הסיבובים וביחס הפוך למודול הגזירה של החומר, קפיץ סגסוגת הטיטניום דורש פחות סיבובים מקפיץ פלדה בתנאי להשגת אותה תגובת קפיץ, מה שמקטין למעשה את איכות האביב. , לחסוך מקום.

במקביל, קפיץ סגסוגת טיטניום יכול גם להגדיל ביעילות את תדירות התהודה של הקפיץ ולהגדיל את חיי השירות שלו. נכון לעכשיו, מרבית קפיצי סגסוגת הטיטניום עשויים מסגסוגת טיטניום חד פאזי. חברת פולקסווגן הגרמנית השתמשה בקפיצי הילוכים מסגסוגת טיטניום Lupo FSI בכמה מכוניות, והכמות היא כ -3,500.

4. מסגרת גוף

מבחינת רכיבי מסגרת מרכב, חוזק ספציפי גבוה יותר, צפיפות נמוכה יותר ועמידות בפני קורוזיה טובים של סגסוגת טיטניום מצביעים על כך שהוא חומר טוב להכנת מסגרות מרכב לרכב. נכון לעכשיו, כמה חברות רכב השתמשו בסגסוגות טיטניום בחלקים כגון סוגרי הילוכים ובוכנות קליפר. בין מרכיבי ההולכה, יפן מפתחת בימים אלה תהליך סיבוב גבוה להכנת מעטפות סגסוגת טיטניום. בהשוואה למעטפות פלדה, מעטפות סגסוגת טיטניום יכולות להפחית טוב יותר את ההשפעה של גלגל התנופה ולהיות בעלות אפקט ריפוד טוב יותר.

בנוסף, נעשה שימוש בסגסוגות טיטניום גם במחברים לרכב ורכיבים אחרים. עם התפתחות מתמשכת של טכנולוגיית הכנת סגסוגת טיטניום ותעשיית הרכב, סגסוגות טיטניום בוודאי יהיו בשימוש נרחב יותר בחלקי הרכב.

5. המשמעות של סגסוגות טיטניום למשקל הרכבים

מוסדות מחקר זרים חישבו ומצאו שכאשר איכות השירות&מס '39 יורדת ב -10%, ניתן להפחית את צריכת הדלק ב -6% ל -8%. מחקרים הראו כי על כל 91 ק"ג ירידה במשקל ניתן לנסוע בממוצע 0.43 ק"מ לליטר דלק. לכן, עם ההתפתחות הרציפה של כלכלתי&מס '39 והעלייה המתמשכת במספר המכוניות, משקלן הקל של המכוניות הפך לאחת הדרכים החשובות להפחתת צריכת האנרגיה ולהפחתת זיהום האוויר.

חומרי טיטניום וסגסוגת טיטניום נמצאים כיום בשימוש נרחב בחלקי רכב בשל תכונותיהם הפיזיקליות והכימיות המעולות. השימוש בחומרי טיטניום לא רק משפר ביעילות את הביצועים והגורם הבטיחותי של המכונית, אלא גם ממלא תפקיד חשוב במשקל הקל של המכונית, ומפחית למעשה את איכות המכונית&מס '39 ומפחית את צריכת הדלק .

בהשוואה למערכת הנירוסטה המסורתית, משתמשים במכלול צינור החזרת זרבובית הפליטה טיטניום במערכת הפליטה לרכב, שיכולה להפחית את המשקל בכ- 8.2 ק"ג. השימוש במוצרי סגסוגת טיטניום להחלפת חומרי פלדה וברזל יצוקים מסורתיים בחלקי מנוע כמו שסתומים ומוטות חיבור יכול להפחית ביעילות את איכות המנוע.

על פי המחקר של תעשיית הרכב היפנית, השימוש בכ- 0.8 ק"ג חומר טיטניום לשסתומי כוח לרכב שווה ערך להשפעה של 20 ק"ג של חלקי פלדה; כל מושב שסתום טיטניום יכול להפחית את המשקל של כ -10 גרם בהשוואה למושב שסתום פלדה; אפילו מוטות וגל ארכובה משמשים בסגסוגות טיטניום, שהן היעילות ביותר להפחתת מסת המנוע.

במערכת דעיכת הרטט, כל קפיץ מסגסוגת טיטניום יכול להפחית את המסה ביותר מ- 60% בהשוואה לקפיצי פלדה. בהתבסס על 4 קפיצי מתלה לרכב, לאחר המעבר לקפיצי סגסוגת טיטניום, כל רכב יכול להוריד משקל של 9 ~ 13.6 ק"ג. בנוסף, המסה של משתיק ההפעלה מסגסוגת טיטניום היא רק 5 ~ 6 ק"ג, וזה קל יותר ב 40% מהמשתיק נירוסטה.

אם ניקח דוגמא מכונית בינונית רגילה רגילה, אם חלקי המכונית הקיימים בסגסוגת טיטניום משמשים להחלפת החלקים המסורתיים, משקל העצמה של המכונית&# 39 יופחת מכ- 1500 ק"ג לכ- 1000 ק"ג, הפחתת המשקל השיעור יכול להגיע ל -30%, ואת צריכת הדלק הכוללת ניתן להפחית ב -20%. מעל, זה יצמצם מאוד את צריכת הדלק בעולם ויעיל את הבעיות של מחסור באנרגיה וזיהום סביבתי.

מהנתונים לעיל עולה כי לשימוש בסגסוגות טיטניום יש השפעה משמעותית בהפחתת משקל הרכב. בתעשיית הרכב המודרנית, יש לפתח ברציפות את טכנולוגיית היישומים של טיטניום וסגסוגות טיטניום בחלקי רכב כדי להגדיל את חלקן של סגסוגות טיטניום ברכבים.

נכון לעכשיו, היישום של סגסוגת טיטניום במדינת&מס '39, נמצא עדיין בשלב הניסיון. הבעיה העיקרית היא שעלות חומרי סגסוגת טיטניום גבוהה מדי, והחלקים קשים לעיבוד.

לכן, המשימה העיקרית בעתיד צריכה להיות הפחתת מחיר חלקי סגסוגת טיטניום על ידי פיתוח חומרים זולים מסגסוגת טיטניום, הפחתת עלות הייצור של חומרי גלם מסגסוגת טיטניום ושיפור יעילות העיבוד של חלקי סגסוגת טיטניום על ידי שיפור טכנולוגיית העיבוד.

ניסיון זר הראה שרק השילוב של תכנון וייצור רכב ומחקר ופיתוח של סגסוגת טיטניום יכולים לספק חומרי סגסוגת טיטניום באיכות גבוהה יותר עבור מכוניות.

הוא האמין כי עם העמקה מתמשכת של מחקר ופיתוח, סגסוגות טיטניום וטיטניום ישחקו יותר ויותר חשוב בתעשיית הרכב המודרנית של מדינתי&# 39 ויקדמו את ההתפתחות הרציפה של תעשיית הרכב.

ניקול