Lega di titanio Astm B265 Gr2 in applicazioni di produzione leggera automobilistica
Il titanio e le leghe di titanio sono caratterizzati da bassa densità, eccellenti proprietà meccaniche, buona biocompatibilità, resistenza alla corrosione, resistenza alle alte temperature, tenacità alle basse temperature, ecc. E sono stati ampiamente utilizzati nel campo della produzione automobilistica. La densità della lega di titanio è solo il 60% dell'acciaio e la resistenza può raggiungere più di 800 MPa, a 500 gradi circa mantengono ancora buone proprietà meccaniche e le prestazioni di saldatura e stampaggio sono migliori, in più di 20 anni fa è stato utilizzato nella produzione delle auto da corsa, riducendo notevolmente la qualità del motore dell'auto da corsa, allo stesso tempo migliorano le prestazioni del motore.
Attualmente, le parti in lega di titanio utilizzate nella produzione automobilistica sono distribuite principalmente nel sistema di scarico dell'automobile, nel sistema motore, nella trasmissione e nel sistema di smorzamento delle vibrazioni e nelle parti del telaio della carrozzeria.
1. Sistema di scarico
I materiali dei sistemi di scarico automobilistici devono avere buone proprietà meccaniche alle alte temperature e resistenza alla corrosione agli elementi S, Cl. Tradizionalmente, i componenti dello scarico sono realizzati in acciaio inossidabile, ma le leghe di titanio si sono rivelate più adatte in termini di prestazioni.
Il tubo di ritorno in titanio utilizzato nella nuova automobile Chevrolet Corvette Z206 evita efficacemente i problemi di vaiolatura e corrosione delle saldature che si verificano nei tubi in acciaio inossidabile e allo stesso tempo migliora l'efficienza della combustione del carburante e l'accelerazione e riduce lo spazio di frenata.
Timet, il più grande produttore di titanio negli Stati Uniti, è impegnato nella ricerca, nello sviluppo e nella produzione di sistemi di scarico in lega di titanio, anche un certo numero di aziende giapponesi hanno svolto lavori di ricerca e sviluppo correlati e, attualmente, Fuji Heavy Industries Co. , Ltd. ha prodotto un numero limitato di 440 set di tubi di scarico in lega di titanio per auto.
2. Sistema motore
Il sistema motore automobilistico è la parte in lega di titanio più utilizzata nel settore automobilistico, la lega di titanio nel sistema motore viene utilizzata principalmente in valvole, bielle, alberi motore, sedi valvole e altre parti.
La giapponese Honda Motor Company ha utilizzato bielle in titanio forgiato nel motore da corsa NSX V-6; Mitsubishi Motors Corporation ha prodotto un motore a quattro cilindri ad alta capacità utilizzando la sede della molla della valvola in titanio, le auto Porsche utilizzano anche bielle in titanio.
(1) Valvole
Valvole in lega di titanio, Stati Uniti e Giappone hanno svolto molti lavori di ricerca, negli Stati Uniti è ormai comune l'uso di valvole di aspirazione per la produzione di leghe Ti-6Al-4V, l'uso di Ti{{ 2}}Al-2Sn-4Zr-2Mo leghe di scarico per la produzione; e Toyota Japan prevede l'uso della preparazione delle valvole di aspirazione in lega Ti-6Al-4V/Ti B, l'uso della lega Ti-Al-Zr-Sn-Mo-Nb-Si/Ti B per preparare le valvole di scarico. Questi tipi di leghe di titanio hanno migliori proprietà meccaniche alle alte temperature, resistenza all'ossidazione e allo scorrimento, migliorando efficacemente le prestazioni del motore e aumentando la velocità dell'automobile.
(2) Sede della valvola
La sede della valvola in lega di titanio è stata ampiamente utilizzata nelle auto da corsa e sportive, la produzione annua di oltre 250,000 set, principalmente utilizzando Ti-6Al-4V o Ti{{4 }}La preparazione della lega Al-2Cr-1Fe, a causa della forma della sede della valvola è relativamente semplice, quindi i requisiti di lavorazione non sono elevati e non necessitano di un trattamento superficiale speciale, il costo è più economico e nell'automobile l'effetto di riduzione del peso è evidente.
(3) Biella
L'uso di bielle in titanio può ridurre efficacemente la qualità del motore e migliorare le prestazioni dell'auto. Al momento, il materiale principale per la preparazione è la lega Ti-6Al-4V. Ltd. sta attualmente sviluppando una lega di titanio bifase, Ti-3Al-2V-0.5V.
Ti-3Al-2V-0.2Si-0.47Ce-0.27La, la lega ha una buona lavorabilità, proprietà meccaniche, proprietà di fatica e resistenza alla corrosione sono ottimo anche, dovrebbe essere utilizzato nell'accelerazione del motore, nella decelerazione dei componenti della biella.
(4) Albero a gomiti
L'albero motore in lega di titanio non è ampiamente utilizzato al momento, ma la lega Ti-3Al-2.5V appositamente sviluppata dal Giappone è stata verificata nell'auto da corsa Honda di cui sopra, con un'efficace riduzione della qualità allo stesso tempo, la velocità del motore è aumentata di 700 giri/min, dimostrando la superiorità dell'albero motore in lega di titanio. Allo stesso tempo, il Giappone ha avviato la produzione di prova dell'albero motore in lega Ti-5Al-2Cr-Fe, si prevede che la lega di titanio nei componenti dell'albero motore sarà più ampiamente utilizzata.
3. Sistemi di smorzamento
Il componente principale del sistema di sospensione antivibrante dell'automobile è la molla di sospensione. La lega di titanio ha una resistenza specifica più elevata, un modulo di taglio inferiore e una resistenza alla fatica più elevata rispetto all'acciaio generale per molle automobilistiche, il che la rende più adatta per la produzione di molle antivibranti per autoveicoli. Poiché la deflessione della molla e il numero di spire sono proporzionali tra loro e il modulo di taglio del materiale è inversamente proporzionale tra loro, le molle in lega di titanio richiedono meno spire rispetto alle molle in acciaio per ottenere la stessa risposta elastica, il che riduce efficacemente la qualità di molle e consente di risparmiare spazio.
Allo stesso tempo, le molle in lega di titanio possono anche aumentare efficacemente la frequenza di risonanza della molla e migliorarne la durata. Attualmente, la maggior parte delle molle in lega di titanio sono preparate con lega di titanio monofase. Germania Volkswagen ha utilizzato molle per ingranaggi in titanio Lupo FSI in alcune delle sue auto, con un utilizzo di circa 3.500 auto.
4. Telaio del corpo
Per i componenti della carrozzeria, l'elevata resistenza specifica, la bassa densità e la buona resistenza alla corrosione della lega di titanio indicano che si tratta di un buon materiale per la preparazione delle carrozzerie. Attualmente, alcune aziende automobilistiche utilizzano leghe di titanio per componenti quali staffe del cambio e pistoni delle pinze dei freni. Componenti della trasmissione, il Giappone sta attualmente sviluppando un metodo di stampaggio ad alta rotazione per la preparazione del processo di guscio in lega di titanio, rispetto al guscio in acciaio, il guscio in lega di titanio riduce meglio l'impatto del volano, migliore effetto ammortizzante.
Inoltre, la lega di titanio viene utilizzata anche negli elementi di fissaggio per automobili e in altri componenti. Con il continuo sviluppo del processo di preparazione della lega di titanio e nell'industria automobilistica, la lega di titanio verrà utilizzata in parti e componenti di automobili.
5. L'importanza della lega di titanio per l'alleggerimento delle automobili
Istituti di ricerca stranieri hanno scoperto che quando la qualità complessiva dell'automobile diminuisce dell'10%, il consumo di carburante può essere ridotto del 6%~8%. Esistono anche studi che dimostrano che per ogni 91 kg di riduzione di peso di un'auto, il carburante medio per litro può essere percorso 0,43 km in più. Pertanto, con il continuo sviluppo dell'economia cinese e il crescente numero di automobili possedute, l'alleggerimento delle automobili è diventato uno dei modi più importanti per ridurre il consumo energetico e l'inquinamento atmosferico.
Il titanio e i materiali in lega di titanio sono stati utilizzati in un gran numero di componenti automobilistici grazie alle loro eccellenti proprietà fisiche e chimiche. L'uso di materiali in titanio non solo migliora efficacemente le prestazioni dell'auto e il coefficiente di sicurezza, ma svolge anche un ruolo importante nell'alleggerimento automobilistico, riducendo efficacemente la massa complessiva dell'auto e il consumo di carburante.
Il sistema di scarico dell'automobile che utilizza un tubo di scappamento in titanio - il gruppo del tubo di ritorno rispetto al tradizionale sistema in acciaio inossidabile può ridurre il peso di circa 8,2 kg e le parti del motore nella valvola, nella biella e in altri componenti utilizzano prodotti in lega di titanio invece dei tradizionali acciaio e ghisa i materiali possono ridurre efficacemente la qualità del motore.
Secondo una ricerca condotta dall'industria automobilistica giapponese, la valvola di potenza dell'automobile utilizza circa 0,8 kg di parti in titanio equivalenti a 20 kg di parti in acciaio per ottenere l'effetto; ciascuna sede della valvola in titanio rispetto alla sede della valvola in acciaio può ridurre la qualità di circa 10 g; biella e albero motore utilizzati in lega di titanio, il più efficace nel ridurre la qualità del motore.
Sopra il sistema di smorzamento, ciascuna molla in lega di titanio può ridurre la qualità delle molle in acciaio di oltre il 60%, 4 molle di sospensione per calcolo del veicolo, dopo la sostituzione delle molle in lega di titanio, ciascun veicolo può ridurre il peso di 9~13,6 kg. Inoltre, la qualità del silenziatore in lega di titanio è di soli 5~6 kg, ovvero il 40% più leggera di quella del silenziatore in acciaio inossidabile.
Prendiamo ad esempio una normale berlina di medie dimensioni, se i ricambi auto esistenti in lega di titanio sostituiscono le parti tradizionali, la qualità complessiva dell'auto sarà di circa 1500 kg dalla riduzione di peso originale a circa 1000 kg, con un tasso di perdita di peso fino al 30%, il consumo complessivo di carburante può essere ridotto di oltre il 20%, il che ridurrà notevolmente il consumo di carburante mondiale e allevierà efficacemente il problema della scarsità energetica e dell'inquinamento ambientale.
I dati di cui sopra mostrano che l'uso della lega di titanio nell'effetto leggero dell'automobile è ovvio, nell'industria automobilistica moderna, si dovrebbe continuare a sviluppare il titanio e la lega di titanio nell'applicazione della tecnologia di parti e componenti di automobili, per aumentare la percentuale di lega di titanio nel applicazione delle automobili.
Attualmente l'applicazione della lega di titanio nell'industria automobilistica cinese è ancora solo in fase di sperimentazione. Il problema principale è che il costo del materiale in lega di titanio è troppo elevato e le parti non sono facili da lavorare.
Pertanto, il compito principale in futuro dovrebbe essere quello di ridurre il prezzo delle parti in lega di titanio attraverso lo sviluppo di materiali in lega di titanio economici, ridurre i costi di produzione delle materie prime in lega di titanio, ecc., e migliorare l'efficienza di lavorazione delle parti in lega di titanio mediante migliorare la tecnologia di elaborazione.
