Titano lydinių taikymas lengvųjų automobilių gamyboje
Titanas ir titano lydiniai pasižymi mažu tankiu, puikiomis mechaninėmis savybėmis, geru biologiniu suderinamumu, atsparumu korozijai, atsparumu aukštai temperatūrai ir geru kietumu žemoje temperatūroje. Jie buvo plačiai naudojami automobilių gamyboje. Titano lydinio tankis yra tik 60% plieno, o stiprumas gali siekti daugiau nei 800 MPa. Jis vis dar išlaiko geras mechanines savybes maždaug 500 laipsnių kampu, turi geras suvirinimo ir formavimo savybes. Jis buvo naudojamas lenktyninių automobilių gamyboje daugiau nei prieš 20 metų, labai sumažindamas lenktyninių variklių svorį ir pagerindamas variklio našumą.
Šiuo metu automobilių gamyboje naudojamos titano lydinio dalys daugiausia platinamos automobilių išmetimo sistemose, variklių sistemose, transmisijos ir vibracijos mažinimo sistemose bei kėbulo rėmuose.
1. Išmetimo sistema
Automobilių išmetimo sistemų medžiagos turi turėti geras mechanines savybes aukštoje temperatūroje ir atsparumą S ir Cl elementų korozijai. Tradiciniai išmetimo vožtuvų komponentai yra pagaminti iš nerūdijančio plieno, tačiau žmonės pastebėjo, kad titano lydiniai yra labiau tinkami naudoti kaip išmetimo vožtuvų medžiagas.
Naujajame „Chevrolet Corvette Z206“ naudojamas titano grįžtamasis vamzdis efektyviai išvengia nerūdijančio plieno vamzdžių įdubimų ir suvirinimo rūdžių problemų, taip pat pagerina kuro degimo efektyvumą ir greitėjimo galimybes bei sutrumpina stabdymo kelią.
„Timet“, didžiausias titano gamintojas Jungtinėse Valstijose, yra įsipareigojęs tirti ir plėtoti bei gaminti titano lydinio išmetimo sistemas. Daugelis Japonijos kompanijų taip pat atliko susijusius tyrimus ir plėtrą. Šiuo metu „Fuji Heavy Industries, Ltd.“ gamina ribotą 440 titano lydinio automobilių išmetimo vamzdžių komplektų.
2. Variklio sistema
Automobilio variklio sistema yra ta dalis, kuri naudoja daugiausiai titano lydinio automobilių srityje. Titano lydinio panaudojimas variklio sistemoje daugiausia apima vožtuvus, švaistiklius, alkūninius velenus, vožtuvų lizdus ir kitas dalis.
Japonijos „Honda Motor Corporation“ naudoja kaltinius titano švaistiklius NSX racing V{0}} variklyje; „Mitsubishi Motors“ didelio našumo keturių cilindrų varikliuose naudoja titano vožtuvų spyruoklių sėdynes, o titano švaistikliai taip pat naudojami „Porsche“ automobiliuose.
(1) Vožtuvas
Kalbant apie titano lydinio vožtuvus, JAV ir Japonija atliko daug tyrimų. Jungtinėse Amerikos Valstijose šiuo metu paprastai naudojamas Ti-6Al-4V lydinys įsiurbimo vožtuvams ir Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo. lydinys išmetimo vožtuvams gaminti; o Japonijos „Toyota“ naudoja Ti-6Al-4V/Ti B lydinį įsiurbimo vožtuvams gaminti, o Ti-Al-Zr-Sn-Mo-Nb-Si/Ti B lydinį išmetimo vožtuvams gaminti. Šių tipų titano lydiniai pasižymi geromis aukštos temperatūros mechaninėmis savybėmis, atsparumu oksidacijai ir atsparumu valkšnumui, o tai efektyviai pagerina variklio veikimą ir padidina transporto priemonės greitį.
(2) Vožtuvo lizdas
Titano lydinio vožtuvų lizdai buvo plačiai naudojami lenktyniniuose ir sportiniuose automobiliuose, per metus pagaminama daugiau nei 250,000 rinkinių. Jie daugiausia pagaminti iš Ti-6Al-4V arba Ti-5Al-2Cr-1Fe lydinio. Kadangi vožtuvo lizdo forma yra gana paprasta, ji nereikalauja didelių apdirbimo reikalavimų ir nereikalauja specialaus paviršiaus apdorojimo. Jis yra palyginti pigus ir turi didelę įtaką automobilio svorio mažinimui.
(3) Švaistikliai
Naudojant titano lydinio švaistiklius galima efektyviai sumažinti variklio svorį ir pagerinti automobilio našumą. Pagrindinė paruošimo medžiaga yra Ti{0}}Al-4V lydinys. Japonijos Daido Co., Ltd. šiuo metu kuria dviejų fazių titano lydinį Ti-3Al-2V-0.2Si-0.47Ce-0.27La . Šis lydinys yra gerai apdirbamas, taip pat pasižymi puikiomis mechaninėmis savybėmis, nuovargio savybėmis ir atsparumu korozijai. Tikimasi, kad jis bus naudojamas variklio švaistiklio dalyse, kurios greitai įsibėgėja ir lėtėja.
(4) Alkūniniai velenai
Nors titano lydinio alkūniniai velenai šiuo metu nėra plačiai naudojami, specialiai Japonijos sukurtas Ti-3Al-2.5V lydinys buvo patikrintas lenktyniniuose Honda automobiliuose. Efektyviai sumažindamas svorį, jis padidino variklio sūkius 700 r/min, įrodydamas titano lydinio alkūninių velenų pranašumą. Tuo pat metu Japonija bando gaminti Ti-5Al-2Cr-Fe lydinio alkūninius velenus, tikėdamasi, kad titano lydiniai bus plačiau naudojami alkūninio veleno dalyse.
3. Vibracijos mažinimo sistema
Pagrindinė automobilio vibraciją mažinančios pakabos sistemos dalis yra pakabos spyruoklė. Palyginti su įprastu automobilių spyruokliniu plienu, titano lydinys turi didesnį specifinį stiprumą ir mažesnį šlyties modulį bei didesnį nuovargio stiprumą, todėl jis labiau tinkamas automobilių amortizacinėms spyruoklėms gaminti. Kadangi spyruoklės įlinkis yra proporcingas apsisukimų skaičiui ir atvirkščiai proporcingas medžiagos šlyties moduliui, titano lydinio spyruoklėms reikia mažiau apsisukimų nei plieninėms spyruoklėms, kad būtų pasiektas toks pat spyruoklės atsakas, efektyviai sumažinant spyruoklės masę ir taupant erdvę.
Tuo pačiu metu titano lydinio spyruoklės taip pat gali efektyviai padidinti spyruoklės rezonansinį dažnį ir pailginti jos tarnavimo laiką. Šiuo metu dauguma titano lydinio spyruoklių yra pagamintos iš vienfazio titano lydinio. „Volkswagen“ kai kuriuose automobiliuose naudojo „Lupo FSI“ titano lydinio pavarų spyruokles, kuriose naudojama apie 3500 transporto priemonių.
4. Korpuso rėmas
Kalbant apie kėbulo rėmo komponentus, titano lydinio didesnis specifinis stiprumas, mažesnis tankis ir geras atsparumas korozijai rodo, kad tai yra gera medžiaga kėbulo rėmams paruošti. Šiuo metu kai kurios automobilių kompanijos naudoja titano lydinius tokioms dalims kaip pavarų kronšteinai ir stabdžių apkabų stūmokliai. Tarp transmisijos dalių Japonija šiuo metu kuria titano lydinio korpusų paruošimo greito sukimo būdu procesą. Palyginti su plieniniais korpusais, titano lydinio korpusai gali geriau sumažinti smagračių poveikį ir turėti geresnį buferinį poveikį.
Be to, titano lydiniai taip pat buvo naudojami automobilių tvirtinimo detalėse ir kitose dalyse. Nuolat tobulinant titano lydinio paruošimo technologiją ir automobilių pramonę, titano lydiniai tikrai bus daugiau naudojami automobilių dalyse.
5. Titano lydinių reikšmė lengvosioms transporto priemonėms
Užsienio tyrimų institucijos suskaičiavo, kad automobilio masei sumažėjus 10%, degalų sąnaudos gali sumažėti nuo 6 iki 8%. Kiti tyrimai parodė, kad sumažinus svorį 91 kg, vidutinė transporto priemonė gali nuvažiuoti 0,43 km daugiau už litrą degalų. Todėl, nuolat vystantis mano šalies ekonomikai ir nuolat didėjant automobilių skaičiui, automobilių lengvinimas tapo vienu iš svarbių būdų sumažinti energijos suvartojimą ir oro taršą.
Titano ir titano lydinių medžiagos dėl puikių fizinių ir cheminių savybių šiuo metu yra plačiai naudojamos automobilių dalyse. Titano medžiagų naudojimas ne tik efektyviai pagerina automobilio eksploatacines savybes ir saugos koeficientą, bet ir atlieka svarbų vaidmenį lengvinant automobilį, efektyviai sumažinant savo automobilio svorį ir degalų sąnaudas.
Palyginti su tradicine nerūdijančio plieno sistema, automobilio išmetimo sistemoje naudojamas titano antgalio ir grįžtamojo vamzdžio mazgas gali sumažinti svorį maždaug 8,2 kg. Titano lydinio gaminių naudojimas vietoj tradicinių plieno ir ketaus medžiagų variklio dalyse, pvz., vožtuvuose ir švaistikliuose, gali veiksmingai sumažinti variklio svorį.
Remiantis Japonijos automobilių pramonės tyrimais, apie 0,8 kg titano dalių panaudojimas automobilio galios vožtuve prilygsta efektui, pasiekiamam naudojant 20 kg plieninių dalių; kiekviena titano vožtuvo lizdas gali sumažinti svorį maždaug 10 g, palyginti su plienine vožtuvo lizdu; titano lydinio panaudojimas švaistikliais ir alkūniniams velenams efektyviausiai sumažina variklio svorį.
Vibracijos mažinimo sistemoje kiekviena titano lydinio spyruoklė gali sumažinti svorį daugiau nei 60%, palyginti su plienine spyruokle. Apskaičiuota pagal 4 pakabos spyruokles vienai transporto priemonei, pakeitus titano lydinio spyruoklę, kiekviena transporto priemonė gali sumažinti svorį 9–13,6 kg. Be to, titano lydinio duslintuvo svoris yra tik 5–6 kg, o tai yra 40% lengvesnis nei nerūdijančio plieno duslintuvas.
Pavyzdžiui, įprastą vidutinio dydžio automobilį, jei esamos titano lydinio automobilių dalys naudojamos tradicinėms dalims pakeisti, transporto priemonės masė sumažės nuo maždaug 1500 kg iki 1000 kg, o svoris sumažinamas 30 proc. visapusiškas kuro sąnaudas galima sumažinti daugiau nei 20%, o tai labai sumažins pasaulio degalų sąnaudas ir efektyviai sušvelnins energijos trūkumo ir aplinkos taršos problemas.
Aukščiau pateikti duomenys rodo, kad titano lydinių naudojimas turi didelę įtaką lengvesniam automobilių svoriui. Šiuolaikinėje automobilių pramonėje titano ir titano lydinių naudojimo automobilių dalyse technologija turėtų būti nuolat tobulinama, siekiant padidinti titano lydinių panaudojimo automobiliuose santykį. Todėl pagrindinis uždavinys ateityje turėtų būti sumažinti titano lydinio detalių kainą, kuriant pigias titano lydinio medžiagas ir mažinant titano lydinio žaliavų gamybos sąnaudas bei gerinant titano lydinio dalių apdorojimo efektyvumą tobulinant apdirbimo technologiją. .
