Liga de titânio Astm B265 Gr2 em aplicações de fabricação automotiva leve
O titânio e as ligas de titânio são caracterizados por baixa densidade, excelentes propriedades mecânicas, boa biocompatibilidade, resistência à corrosão, resistência a altas temperaturas, tenacidade a baixas temperaturas, etc., e têm sido amplamente utilizadas na área de fabricação de automóveis. A densidade da liga de titânio é de apenas 60% do aço, e a resistência pode atingir mais de 800 MPa, em cerca de 500 graus ainda mantém boas propriedades mecânicas, e o desempenho de soldagem e moldagem é melhor, há mais de 20 anos tem sido usado na fabricação de carros de corrida, reduzindo bastante a qualidade do motor do carro de corrida, ao mesmo tempo melhorando o desempenho do motor.
Atualmente, as peças de liga de titânio usadas na fabricação de automóveis são distribuídas principalmente no sistema de escapamento de automóveis, sistema de motor, sistema de transmissão e amortecimento de vibrações e peças de carroceria.
1. Sistema de exaustão
Os materiais do sistema de escapamento automotivo devem ter boas propriedades mecânicas em altas temperaturas e resistência à corrosão dos elementos S, Cl. Tradicionalmente, os componentes do escapamento são feitos de aço inoxidável, mas as ligas de titânio são mais adequadas em termos de desempenho.
O tubo de retorno de titânio usado no novo automóvel Chevrolet Corvette Z206 evita efetivamente problemas de corrosão por picada e solda que ocorrem em tubos de aço inoxidável e, ao mesmo tempo, melhora a eficiência e aceleração da combustão de combustível e encurta a distância de frenagem.
A Timet, o maior fabricante de titânio dos EUA, está comprometida com a pesquisa, desenvolvimento e fabricação de sistemas de exaustão em liga de titânio, várias empresas japonesas também realizaram trabalhos de pesquisa e desenvolvimento relacionados e, atualmente, a Fuji Heavy Industries Co. produziu um número limitado de 440 conjuntos de tubos de escape em liga de titânio para carros.
2. Sistema do motor
O sistema de motor de automóvel é a peça de liga de titânio mais utilizada no campo automobilístico, a liga de titânio no sistema de motor é usada principalmente em válvulas, bielas, virabrequins, sedes de válvulas e outras peças.
A Honda Motor Company do Japão usou bielas de titânio forjado no motor NSX racing V-6; A Mitsubishi Motors Corporation fabricou um motor de quatro cilindros de alta capacidade usando sede de mola de válvula de titânio. Os carros Porsche também usam bielas de titânio.
(1) Válvulas
Válvulas de liga de titânio, os Estados Unidos e o Japão realizaram muitos trabalhos de pesquisa, os Estados Unidos agora são uso comum de válvulas de admissão de fabricação de liga Ti-6Al-4V, o uso de Ti{{ Válvulas de exaustão para fabricação de liga de 2}}Al-2Sn-4Zr-2Mo; e Toyota Japão é o uso de preparação de liga Ti-6Al-4V/Ti B de válvulas de admissão, o uso de liga Ti-Al-Zr-Sn-Mo-Nb-Si/Ti B para preparar válvulas de escape. Esses tipos de ligas de titânio têm melhores propriedades mecânicas em altas temperaturas, resistência à oxidação e fluência, melhorando efetivamente o desempenho do motor e aumentando a velocidade do automóvel.
(2) Sede da válvula
A sede da válvula em liga de titânio tem sido amplamente utilizada em carros de corrida e carros esportivos, com produção anual de mais de 250000 conjuntos, principalmente usando Ti-6Al-4V ou Ti{{4 }}Al-2Cr-1A preparação da liga Fe, devido ao formato da sede da válvula, é relativamente simples, portanto, os requisitos de usinagem não são altos e não necessitam de tratamento de superfície especial, o custo é mais barato e no efeito de redução de peso do automóvel é óbvio.
(3) Biela
O uso de bielas de titânio pode efetivamente reduzir a qualidade do motor e melhorar o desempenho do carro. Atualmente, o principal material de preparação é a liga Ti-6Al-4V. Ltd. está atualmente desenvolvendo uma liga de titânio bifásica, Ti-3Al-2V-0.5V.
Ti-3Al-2V-0.2Si-0.47Ce-0.27La, a liga tem boa usinabilidade, propriedades mecânicas, propriedades de fadiga e resistência à corrosão são também excelente, espera-se que seja utilizado na aceleração do motor, desaceleração dos componentes da biela.
(4) Virabrequim
O virabrequim de liga de titânio não é amplamente utilizado no momento, mas a liga Ti-3Al-2.5V especialmente desenvolvida no Japão foi verificada no carro de corrida Honda acima, na redução efetiva da qualidade ao mesmo tempo, a velocidade do motor aumentou 700 r/min, provando a superioridade do virabrequim em liga de titânio. Ao mesmo tempo, o Japão está na produção experimental de virabrequim de liga Ti-5Al-2Cr-Fe, esperando que a liga de titânio nos componentes do virabrequim seja mais amplamente utilizada.
3. Sistemas de amortecimento
O componente principal do sistema de suspensão com amortecimento de vibrações do automóvel é a mola de suspensão. A liga de titânio possui maior resistência específica, menor módulo de cisalhamento e maior resistência à fadiga do que o aço geral para molas automotivas, o que a torna mais adequada para a fabricação de molas amortecedoras de vibrações automotivas. Como a deflexão da mola e o número de bobinas são proporcionais entre si, e o módulo de cisalhamento do material é inversamente proporcional entre si, as molas de liga de titânio requerem menos bobinas do que as molas de aço para obter a mesma resposta da mola, o que reduz efetivamente a qualidade de molas e economiza espaço.
Ao mesmo tempo, as molas de liga de titânio também podem aumentar efetivamente a frequência de ressonância da mola e melhorar sua vida útil. Atualmente, a maioria das molas de liga de titânio são preparadas com liga de titânio monofásica. Alemanha A Volkswagen usou molas de engrenagem de titânio Lupo FSI em alguns de seus carros, com utilização de cerca de 3.500 carros.
4. Estrutura corporal
Para componentes da estrutura da carroceria, a alta resistência específica, baixa densidade e boa resistência à corrosão da liga de titânio indicam que é um bom material para a preparação de estruturas da carroceria. Atualmente, algumas empresas automobilísticas estão usando ligas de titânio em componentes como suportes de engrenagens e pistões de pinças de freio. Componentes de transmissão, o Japão está atualmente desenvolvendo um método de moldagem de alta rotação para a preparação do processo de revestimento de liga de titânio, em comparação com o revestimento de aço, o revestimento de liga de titânio reduz melhor o impacto do volante, melhor efeito de amortecimento.
Além disso, a liga de titânio também é usada em fixadores de automóveis e outros componentes. Com o desenvolvimento contínuo do processo de preparação de ligas de titânio e da indústria automobilística, a liga de titânio será usada em peças e componentes automotivos.
5. A importância da liga de titânio para redução de peso de automóveis
Institutos de pesquisa estrangeiros descobriram que quando a qualidade geral do automóvel diminui em 10%, o consumo de combustível pode ser reduzido em 6% a 8%. Há também estudos que mostram que para cada 91kg de redução de peso em um carro, a média de combustível por litro pode ser percorrida 0,43km a mais. Portanto, com o desenvolvimento contínuo da economia da China e o aumento do número de proprietários de automóveis, a redução do peso dos automóveis tornou-se uma das formas mais importantes de reduzir o consumo de energia e a poluição do ar.
Materiais de titânio e ligas de titânio têm sido utilizados em um grande número de peças automotivas devido às suas excelentes propriedades físicas e químicas. O uso de materiais de titânio não só melhora efetivamente o desempenho do carro e o coeficiente de segurança, mas também desempenha um papel importante na redução de peso do automóvel, reduzindo efetivamente a massa total do carro, reduzindo o consumo de combustível.
Sistema de escapamento de automóvel usando tubo de escape de titânio - conjunto de tubo de retorno em comparação com o sistema tradicional de aço inoxidável, pode ter cerca de 8,2 kg de redução de peso e peças de motor na válvula, biela e outros componentes usando produtos de liga de titânio em vez do tradicional aço e ferro fundido materiais podem efetivamente reduzir a qualidade do motor.
De acordo com a pesquisa da indústria automobilística japonesa, a válvula de potência automotiva usa cerca de 0,8kg de peças de titânio equivalentes a 20kg de peças de aço para atingir o efeito; cada sede de válvula de titânio em comparação com a sede de válvula de aço pode reduzir a qualidade em cerca de 10g; biela e virabrequim utilizados em liga de titânio, os mais eficazes na redução da qualidade do motor.
Acima do sistema de amortecimento, cada mola de liga de titânio pode reduzir a qualidade das molas de aço em mais de 60%, 4 molas de suspensão por cálculo do veículo, após a substituição das molas de liga de titânio, cada veículo pode reduzir o peso em 9 ~ 13,6 kg. Além disso, a qualidade do silenciador de liga de titânio é de apenas 5 ~ 6 kg, que é 40% mais leve que o silenciador de aço inoxidável.
Tomemos um sedã comum de tamanho médio, por exemplo, se as peças automotivas de liga de titânio existentes substituirem as peças tradicionais, a qualidade geral do carro será de cerca de 1.500 kg da redução de peso original para cerca de 1.000 kg, a taxa de perda de peso de até 30%, o consumo geral de combustível pode ser reduzido em mais de 20%, o que reduzirá bastante o consumo mundial de combustível e aliviará efetivamente o problema da escassez de energia e da poluição ambiental.
Os dados acima mostram que o uso de liga de titânio no efeito leve de automóveis é óbvio, na indústria automobilística moderna, deve continuar a desenvolver titânio e ligas de titânio na aplicação de tecnologia de peças e componentes automotivos, para aumentar a proporção de liga de titânio no aplicação de automóveis.
Atualmente, a aplicação da liga de titânio na indústria automobilística da China ainda está apenas em fase experimental. O principal problema é que o custo do material da liga de titânio é muito alto e as peças não são fáceis de processar.
Portanto, a principal tarefa no futuro deve ser reduzir o preço das peças de liga de titânio através do desenvolvimento de materiais de liga de titânio baratos, reduzir o custo de produção de matérias-primas de liga de titânio, etc., e melhorar a eficiência de processamento das peças de liga de titânio por melhorando a tecnologia de processamento.
