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[ 信息發布:本站 | 發布時間:2017-11-29 | 瀏覽:520次 ]

由于鈦優良的特性,在汽車上大量使用的場合越來越多,只是因價格較高妨礙了應用。下面重點講述鈦在家庭汽車的應用現狀及最近動向,并介紹了成為擴大應用突破口的二種用途。

金屬鈦優良的特性主要是指高強度、低密度、出色的耐蝕性,可用在汽車的動力傳輸部與車底盤部。這些用途主要是針對鈦是輕量合金,且可代替不銹鋼,汽車重量減輕有望提高車本身的性能。

重量的減輕對車的設計富于很大的彈性,無論對對跑車與家庭用車都是很重要的。到目前為止,跑車用發動機的生產商為了使汽車用閥類與連接軸的輕量化選擇了鈦作原材料。性能的改善表現在轉距、輸出功率以及連接部件變形的減少。

汽車使用鈦的優點在于:動力傳輸效果或重量減輕對燃料的節省、發動機的騷音與振動的減少及部件載荷的減輕,可提高車的持久性。轎車部件中可用鈦作閥類、連接軸、閥彈簧與其支撐用具。

發動機以外的處所的鈦用途:例如車底盤使用鈦的話,可減輕車重,節省燃料。最引人注目的是部件中懸簧、排氣裝置,曲軸以及其它緊固件類對鈦的使用。跑車、轎車上鈦材的大量使用存在的最大障礙仍是價格問題。鈦材成本與其它部件加工成本比較如表1所示。

表1鈦與其它材料的成本比較 (單位:US$/Ib)

鈦     鋁     鋼鐵

礦石    0.30    0.10     0.02

金屬粗錠   2.00    0.68     1.10

錠子    4.50     0.70     0.15

板材  15.00~50.00 1.00~5.00   0.30~0.60

世界鈦市場規模約為45000mt/年,其一半在美國。世界的汽車總生產量為約6000萬臺/年,美國占其1/4。因此若世界汽車的一半采用鈦,按1臺用鈦量為約500g 計算,鈦的消費量就可再增加30%。這樣汽車用鈦量還是相當可觀的。

鈦在家庭汽車上的應用

美國最大的鈦生產商Timet公司對汽車采用鈦作為部件的優點列舉如下:

(1)鈦材的采用解決了某些實際問題;

(2)與市場取得了協調;

(3)存在鈦材應用的相關技術;

(4)可利用已確立的技術;

(5)鈦材的使用又有新的價值。

鈦材最初是在批量化生產的高級車NSX V-6車上使用,接著是在1998年在日本獲獎的豐田雙門敞篷轎車的閥類采用了鈦。該車的進氣閥使用了采用了粉末冶金法生產的Ti-6Al-4V/TiB合金,排氣閥則采用了耐熱性的Ti-Al-Zr-Sn-Nb-Mo-Si/TiB合金。該車的發動機為2000cc,采用了1個27g的進氣閥和24g的排氣閥8個,一輛車用的鈦材總計為408g。原材料為鋼時各自的重量則為40.0g與44.6g,閥的總重量比鈦材的2倍還多。這種車的閥彈簧也使用了鈦,其重量從43g減輕到36g。豐田公司的這種新型車最初生產的臺數為 4000臺,其中一半使用了鈦材。

另外,日本其它公司使用鈦的例子則是本田S2000及R型車。歐洲的一些車上則在批量化生產的連接軸也采用了鈦。

家庭轎車用鈦最近有2例。如GM公司的雪佛萊Z06車的排氣閥的場合,總重量的減輕則有利于性能的提高。鈦制2根1組的消音器重量為11.7g ,重量減輕了41%,有助于車的性能提高。并且消音器的壽命是半永久性的。

Timet公司與Arvin Meritor公司,根據市場和已有的技術,共同開發了新的Timetal排氣級鈦合金(與Ti2級相同)。該材料是兩公司按照合同進行試驗并對性能進行了確認。試驗時將為不銹鋼確立的沖孔、彎曲、冷軋成型及焊接等制造技術進行了改良以活用到鈦上,達到了減輕重量的目的。

金屬鈦與鋼相比,彈性模量低,密度小,適用于彈簧類。鈦制彈簧在以波音公司為主的宇航業得到了廣泛的應用,但Timet認為,這些部件應用到汽車上則價格過高。因此該公司與宇航業部件生產商共同開發汽車用鈦制彈簧,并得到了德國VW公司的大力支持。Timet公司與VW 公司均是汽車部件生產商,使用標準的鋼鐵制彈簧生產設備來生產鈦制彈簧。VW公司選擇的部件加工商Muhrund Bender公司將本公司的鋼制彈簧制造設備進行改造以用來生產鈦制彈簧。其結果是,使用低成本的β-合金Ti-4.5Fe-6.8Mo-1.5Al比已有的β-合金價格減少了50%。用該材料制作的彈簧比與相同鋼制彈簧的重量減少了1/3,且具備了最佳的疲勞壽命。搭載這種鈦制彈簧的2001年型Lupo FSI轎車,比標準型的FSI,其總重量減輕了81.6kg。這種Lupo FSI轎車為48mpg(英里/加侖)的世界最低的燃料費車在歐洲市場進行銷售。VW公司2001年型的這種車種的年生產量的為3500臺。

今后展望

將鈦材大量用于汽車的開端是特殊處所的部件對鈦的采用。當然車體鋼板還不能考慮用價格比其高50~100倍的鈦板代替,開發的特殊處所的部件用途,是通過今后設計與生產技術的發展而擴大的,并可考慮追加新的特殊用途。應解決的問題是通過削減成本將鈦部件用途從特殊狀態向大量生產過渡。得到廉價的海綿鈦是有希望的,但要通過大幅度改進克羅爾法或亨特法來實現的可能性則不大。Fray法目前則在試驗階段,很有可能是極有前途的新技術。在目前情況下,粉末冶金技術與1次熔化技術(冷爐床EB熔化或等離子技術等)則有望削減鈦產品的成本。鈦材的廠商與用戶若簽訂長期價格合同也有可能降低成本。通過盡可能利用生產鋼鐵的大型設備,對汽車用鈦材的穩定供應與質量保證也至關重要。

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