وضعیت کاربرد آلیاژهای تیتانیوم در صنعت خودرو

در سالهای اخیر ، با توسعه سریع صنعت خودرو ، موضوعاتی از قبیل مصرف سوخت ، حفاظت از محیط زیست و ایمنی به طور فزاینده ای توجه عمومی را به خود جلب کرده است. با نگاهی به آینده ، جهت آینده صنعت خودرو بر روی سبک وزن ، کاهش مصرف سوخت و تولید گازهای گلخانه ای کمتر متمرکز خواهد شد. طبق آمار سازمان های معتبر بین المللی ، 60 ٪ از انرژی ناشی از احتراق سوخت در اتومبیل ها با وزن خود این وسیله نقلیه مصرف می شود. اگرچه صفحات فولادی نازک با استحکام بالا ، آلومینیوم ، منیزیم ، کامپوزیت های ماتریس فلزی و رزین های پلاستیکی قبلاً در کاهش وزن وسیله نقلیه نقش داشته اند ، اما ظهور مواد تیتانیوم صنعتی گزینه بهتری برای تولید خودرو فراهم کرده است.

تیتانیوم فلز مزایایی مانند چگالی کم ، استحکام خاص بالا و مقاومت در برابر خوردگی عالی را ارائه می دهد. استفاده از تیتانیوم در اتومبیل ها می تواند به میزان قابل توجهی وزن وسیله نقلیه ، کاهش مصرف سوخت ، بهبود راندمان موتور و افزایش عملکرد محیطی ضمن کاهش نویز ، به میزان قابل توجهی کاهش یابد. با این حال ، هزینه بالای آلیاژهای تیتانیوم کاربرد آنها را در درجه اول به اتومبیل های لوکس و اسپرت محدود کرده است ، با استفاده نادر در وسایل نقلیه معمولی. بنابراین ، تحقیق و توسعه آلیاژهای کم هزینه تیتانیوم که تقاضای بازار را برآورده می کند ، برای ترویج کاربرد آنها در وسایل نقلیه مصرف کننده اصلی مهم است.

برنامه های فعلی آلیاژهای تیتانیوم در صنعت خودرو

اگرچه آلیاژهای تیتانیوم به طور گسترده در صنایع هوافضا ، پتروشیمی و کشتی سازی مورد استفاده قرار می گیرند ، اما کاربرد آنها در صنعت خودرو کند بوده است. با شروع اولین اتومبیل تمام تیتانیوم که توسط جنرال موتورز در سال 1956 ساخته شد ، قطعات خودرو تیتانیوم تا دهه 1980 به سطح تولید انبوه نرسیدند. در دهه 1990 ، با افزایش تقاضا برای اتومبیل های لوکس ، اتومبیل های اسپرت و اتومبیل های مسابقه ، اجزای تیتانیوم شاهد توسعه سریع بودند. استفاده از تیتانیوم جهانی خودرو در سال 1990 تنها 50 تن بود ، در سال 1997 به 500 تن افزایش یافت ، 1100 تن در سال 2002 و 3 ، {12}} در سال 2009. پیش بینی می شود بیش از 5 ، {15} tons تا سال 2015 باشد. در حال حاضر ، از ترکیبات آلیاژ عناوین زیر استفاده می شود:

میله های اتصال موتور:
آلیاژهای تیتانیوم یک انتخاب ایده آل برای اتصال میله ها هستند. میله های اتصال تیتانیوم می توانند به طور موثری وزن موتور را کاهش دهند ، راندمان سوخت را بهبود بخشند و انتشار گازهای گلخانه ای را کاهش دهند. در مقایسه با میله های فولادی ، میله های تیتانیوم می توانند وزن 15 ٪ -2 {12}} ٪ را کاهش دهند. برنامه ها شامل موتورهای 3.5L V8 Ferrari و Acura NSX هستند. مواد متداول شامل ti {5}} al -4 v ، ti {7}}} v {8} fe {{9} al ، ti -3 al {11}}. Ti -4 al -4 mo-sn -0. 5si.

دریچه های موتور:
دریچه های تیتانیوم باعث کاهش وزن ، افزایش عمر خدمات ، کاهش مصرف سوخت و بهبود قابلیت اطمینان می شوند. در مقایسه با دریچه های فولادی ، شیرهای تیتانیوم می توانند وزن 30 ٪ -40 ٪ را کاهش داده و سرعت موتور را 20 ٪ افزایش دهند. مواد متداول شامل Ti {3}} al -4 V برای دریچه های ورودی و ti {5}} s برای دریچه های اگزوز است. سایر آلیاژهای امیدوار کننده شامل Ti {6}} S و -tial است.

نگهدارنده های بهار شیر:
مقاومت بالا و مقاومت در برابر خستگی برای نگهدارنده های بهار شیر ضروری است. آلیاژهای تیتانیوم بتا ، مانند Ti -15 -3 {-3 al -3} {4} mo} mo {{{5} {6}}}. میتسوبیشی از Ti {10}} V -4 al نگهدارنده استفاده کرده است و وزن آن را 42 ٪ کاهش می دهد.

چشمه تیتانیوم:
آلیاژهای تیتانیوم دارای مدول الاستیک پایین تر از فولاد هستند و آنها را برای اجزای الاستیک مناسب می کند. چشمه های تیتانیوم 30 ٪ -40 ٪ سبک تر از چشمه های فولادی هستند و خستگی بهتر و مقاومت در برابر خوردگی را ارائه می دهند. مواد متداول شامل ti {2}}. 5fe {4}. 8mo -1. 5al و ti {8}}} -11 cr {10}}} al.

توربوشارژرها:
توربوشارژرها بازده و قدرت موتور را بهبود می بخشند. روتورهای توربین به مقاومت در برابر حرارت زیاد نیاز دارند که آلیاژهای تیتانیوم مانند Tial ارائه می دهند. مدل های تکامل میتسوبیشی لنسر با موفقیت روتورهای توربین TIAL را تجاری کرده اند.

سیستم های اگزوز و صدا خفه کن:
تیتانیوم به طور گسترده در سیستم های اگزوز برای بهبود قابلیت اطمینان ، افزایش طول عمر ، کاهش وزن و افزایش راندمان سوخت استفاده می شود. سیستم های اگزوز تیتانیوم 40 ٪ سبک تر از سیستم های فولادی هستند. تیتانیوم خالص صنعتی معمولاً مورد استفاده قرار می گیرد.

قاب های بدن:
قدرت و چقرمگی خاص تیتانیوم آن را برای قاب های بدن مناسب می کند. در ژاپن از لوله های جوش داده شده تیتانیوم خالص برای تقویت ایمنی و قابلیت اطمینان استفاده می شود.

سایر اجزای:
تیتانیوم همچنین در بازوهای موتور راک ، چشمه های تعلیق ، پین پیستون ، اتصال دهنده ها ، تیرهای درب ، پیستون های کولیس ترمز و صفحات کلاچ استفاده می شود.

مزایای آلیاژهای تیتانیوم

سبک وزن: وزن وسیله نقلیه را کاهش داده و راندمان سوخت را بهبود می بخشد.

قدرت خاص: عملکرد و ایمنی را تقویت می کند.

مقاومت در برابر خوردگی: طول عمر مؤلفه را گسترش می دهد.

کاهش سر و صدا و لرزش: راحتی رانندگی را بهبود می بخشد.

محدودیت آلیاژهای تیتانیوم

با هزینه بالایی: مانع اصلی استفاده گسترده در صنعت خودرو.

قابلیت تشکیل و قابلیت جوشکاری: چالش در تولید و پردازش.

تحقیق در مورد آلیاژهای تیتانیوم خودرو

تحقیقات فعلی بر کاهش هزینه ها از طریق:

سیستم های آلیاژ کم هزینه: توسعه آلیاژها با عناصر ارزان قیمت مانند Fe ، Cr ، Si و Al.

فن آوری های پیشرفته پردازش: جعل سرد و متالورژی پودر (به عنوان مثال ، قالب تزریق فلزی) برای کاهش هزینه های تولید.

پایان

نسل بعدی طراحی خودرو بر سبک وزن ، کاهش مصرف سوخت ، سر و صدای پایین تر و لرزش به حداقل رساندن برای برآورده کردن نیازهای دقیق محیطی تأکید دارد. در این زمینه ، تیتانیوم آماده است تا به یک انتخاب مهم برای وسایل نقلیه آینده تبدیل شود. برای کاهش بیشتر هزینه ها ، تحقیقات باید روی آن تمرکز کنند:

توسعه سیستم های آلیاژ کم هزینه با حداقل استفاده از عناصر گران قیمت.

پیشبرد فن آوری های جعلی و تشکیل سرما برای آلیاژهای بتا تیتانیوم.

تقویت تکنیک های متالورژی پودر برای بهبود عملکرد و کاهش هزینه ها.

با افزایش اقتصاد و کاهش هزینه های تیتانیوم ، مهندسان بیشتری تیتانیوم را برای اجزای خودرو انتخاب می کنند و نقش مهم آن را در صنعت خودرو تقویت می کنند.