【扩大钛应用】汽车的部分零件可用钛合金制造(一)

2021年07月15日 9:4 2382次浏览 来源:   分类: 钛应用   作者:

导读: 可用钛合金制造的汽车结构件主要为发动机系统的阀门、弹簧及其承座、连杆、曲轴、变速箱、转向齿条和小齿轮等,底盘系统的弹簧、消声器、排气装置等,车体系统的车轮衬套及轴承、各种半轴、紧固件等。赛车零部件已大量采用钛材制造,因为赛车是不计成本的,追求的是胜利和安全。

可用钛合金制造的汽车结构件主要为发动机系统的阀门、弹簧及其承座、连杆、曲轴、变速箱、转向齿条和小齿轮等,底盘系统的弹簧、消声器、排气装置等,车体系统的车轮衬套及轴承、各种半轴、紧固件等。赛车零部件已大量采用钛材制造,因为赛车是不计成本的,追求的是胜利和安全。

汽车钛材的发展历程

钛材在汽车上的应用始于上世纪50年代中期,1956年美国通用汽车公司推出一辆名为“火鸟Ⅱ号”的钛车身展览用车。日本日产汽车公司于20世纪60年代后期在生产的R382车上用了一些钛合金零件;上世纪80年代本田汽车公司用钛材制造赛车零部件。

上世纪90年代以来,由于技术的进步开发出了一些低成本的钛合金诸如美国钛金属公司的Time-62STimetal-LCBTimetal-1100SP-700,同时由于节能减排的迫切性和提高性能的要求日益提升,人们对钛材在汽车中应用的兴趣又进一步上升。1992年在东京召开的第29届国际汽车展览会上展出了日本制造的钛车身和发动机的汽车;1996年,美国钛金属公司(Timet)研发的钛排气系统在国协会会议上展出,随后克莱斯勒汽车公司制造出了钛合金排气系统。1989~1998年日本汽车用钛669t。钛金属公司还建了一个专门生产汽车钛合金零部件的工厂。

采用钛合金制造汽车阀,既可以减轻质量,延长使用期限,又可以提高可靠性和节省燃料。早先使用是制造成本高的钛合金,而后采用γ-Ti Al合金,发动机的Max速度提高了约10%。近些年来,一些钛生产者研发出一批价格较低的发动机阀用钛合金,并有一部分进入批量生产阶段。提高阀用钛合金的耐磨性是一项关键技术。对表面进行渗氧处理,即使钛中固溶尽量多氧,是提高表面硬度与耐磨性有效工艺之一。

美国德尔·韦斯特(Del west)公司制造的V-8型缸体的进、排阀门获得了较广的应用,进气阀门用的是Ti-6Al-4V,排气阀使用的为Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo合金。每个阀的质量约比不锈钢制的轻50g,同时使用期限延长了23倍。日本日立公司用烧结法制备的Ti-5Al-2Cr-1Fe合金进气阀门获得了较为广泛的应用,装有这种进气阀的日产汽车公司的R382和及R380赛车在多项比赛中都取得了优胜成绩。过去用的钢阀质量为90g,而钛合金阀仅55g,减轻了约40%,性能提高了10%15%

1998年,日本丰田汽车公司的双门敞篷轿车和本田汽车公司的阿尔特扎(Altezza)汽车都使用了粉末冶金的Ti-6Al-4V/TiB合金制的进气阀,排气阀则采用了耐热的Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Nb-Si/TiB合金,前者的发动机排量为2000ml,装有127g的进气阀和824g的的排气阀,一辆车总计用钛材408g,该车的阀弹簧也是用钛合金制的,其质量从43g下降到36g,降低了16.3%

排气阀的工作温度高,可用高温钛合金Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si6242S)合金打造。但摩托车的阀更易较长时间暴露于高温区,所以宜选用更耐热的Timetal-1100Ti-2.7Sn-4Zr-0.4Mo-0.45Si)合金,它是耐热性最好的钛合金之一,工作温度约600℃,而两轮摩托车排气阀最好采用可在800℃长期工作的钛合金制造。同时合金应有高的耐损伤容限性能,于是研究者寄希望于研发AlTi3AITi基的金属间化合物新型钛合金,并取得了一定的成效,有代表性的合金为:Ti-14Al-21NbTi-14Al-21Nb-3V-2MoTi-24Al-10NbTi-25Al-8Nb-2Mo-2TaTi-25Al-10Nb-3V-1MoTi-22AI-27Nb,不过它们的价格都不菲。

美国通用汽车公司的凯迪拉克16型汽车的746kW V-16发动机广泛使用了轻金属材料,汽缸体和汽缸头为铝合金的,而阀弹簧和一些配件为钛合金制的。它的燃料经济性达7.23km/L

责任编辑:杨一鸣

如需了解更多信息,请登录中国有色网:www.cnmn.com.cn了解更多信息。

中国有色网声明:本网所有内容的版权均属于作者或页面内声明的版权人。
凡注明文章来源为“中国有色金属报”或 “中国有色网”的文章,均为中国有色网原创或者是合作机构授权同意发布的文章。
如需转载,转载方必须与中国有色网( 邮件:mqk@cnmn.com.cn 或 电话:010-63971479)联系,签署授权协议,取得转载授权;
凡本网注明“来源:“XXX(非中国有色网或非中国有色金属报)”的文章,均转载自其它媒体,转载目的在于传递更多信息,并不构成投资建议,仅供读者参考。
若据本文章操作,所有后果读者自负,中国有色网概不负任何责任。