【扩大钛应用】汽车的部分零件可用钛合金制造(三)

2021年07月29日 9:38 11676次浏览 来源:   分类: 钛资讯

导读: 钛合金消声器质量仅5kg~6kg,比不锈钢制的轻得多,日本汽车的消声器几乎已全部钛合金化了。

排气管及消声器
钛材在汽车排气管上的用量较大。过去排气管及消声器多采用普通钢、铝合金、纤维增强塑料(FRP)等。排气温度>400℃,钛的耐热性能比铝合金的高得多,强度比钢的还高。制造排气管与消声器必须经过弯曲、冷压等各种成形加工,要求材料有良好的冷加工成形性能。此外,消声器为车体外装部件,用钛合金制造显得更新颖更时尚。
排气门要求除耐热、耐磨外,还要不含铅和钴,美国汽车公司多用钛合金制造进、排气门,进气门用的是TC4,排气门使用Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo合金。日本汽车公司,赛车的气门座一般用TC4合金制造,也有用Ti-5Al-2Cr-1Fe合金制造的。排气管采用钛合金尾喷管/回气管构件可不受氯盐和含硫废气的腐蚀,甚至焊缝也不会被腐蚀,且比传统的不锈钢排气系统轻8.2kg,改善了燃油效率,加快了提速能力,缩短了制动距离。
钛合金消声器质量仅5kg~6kg,比不锈钢制的轻得多,日本汽车的消声器几乎已全部钛合金化了。美国通用汽车公司(GM)雪佛莱汽车的钛消声器和尾气管系统质量仅11.8kg,比不锈钢的20kg轻了41%,而强度更高了一些。日本大同钢铁公司研制的Ti-33.5Al-1Nb-0.5Cr-0.5Si合金是一种良好的制造发动机排气门材料,有很好的抗氧化性能和抗蠕变性能,与排气门传统用的马氏体耐热钢和镍合金相比,钛合金的突出特点:密度小,耐热性好,同时在540℃以上有更高的强度,而且抗蠕变性能比镍合金的高,还有良好的抗磨性能。
实际使用证明,钛合金排气系统的使用期限与车的寿命相同,为12年~14年,不锈钢装置的使用期限只有8年,因此,使用钛更划算。钛合金消声器的质量一般都<12g,比不锈钢的轻40%以上,有助于提高车的性能,而且消声器的使用寿命是半永久性的。钛及钛合金是全惰性的,可以完全回收并不降低等级,在生产过程中也不会带来任何有害的副产物。
阀门座圈在赛车及运动车上有着广泛的应用,2020年全世界产量估计超过60万件,通常用TC4合金制造,可用机械切削法制造,加工费不高,而且不需要进行专门的表面处理,日本三菱公司用Ti-5Al-2Cr-1Fe合金制造阀门座圈。
弹簧
从强度、密度和弹性模量等方面综合考虑,钛合金是制造弹簧的好材料,TC4合金早在近20年前就用于制造保时捷(Porsche)917赛车的弹簧;福特汽车公司在赛车上用RMI公司βc合金制造的弹簧取代过去的钢制螺旋形悬挂弹簧,质量下降53%,但高的生产成本限制了它的广泛应用。尔后钛金属公司(Timet)研制出以Fe、Mo为主的新型Ti-4.5Fe-6.8Mo-1.5Al合金,名为低成本β钛合金LCB(Low Cost Beta),既保持了βc合金的优点,又具有合理的价格,用于制造弹簧,可以用原来的钢弹簧生产设备加工,得到大众汽车公司的支持,制造的弹簧比钢的轻了1/3,且比原来β钛合金的价格下降了50%,更难能可贵的是,钛合金弹簧的高度比钢弹簧的矮50%~80%,意味着可以获得更大的乘坐和载物空间。钛合金弹簧还有一个较为突出的优点——有高的抗腐蚀性能,在标准盐雾腐蚀疲劳试验中,钢弹簧的疲劳寿命比在空气中的下降50%,而钛合金弹簧的疲劳寿命仅下降4%,另外,钛合金弹簧还不需要进行保护性表面处理。
紧固件和制动器
钛合金因其抗蚀性高、质量轻和热胀系数小等优点,其紧固件在航空航天器制造中获得了较为广泛的应用,如果其生产成本有较大的下降,也会成为轿车的常用紧固件。钛的导热性及耐磨性较低,不能在制动叶轮上有所应用,但因其抗蚀性优秀,已用于制备制动系动连接法兰盘的密封环及制动衬垫导销,又因其热导率小,对制动液也有一定的保护作用。

责任编辑:淮金

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