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【扩大钛应用】汽车的部分零件可用钛合金制造(二)
2021-07-23 08:59:19   来源:中国有色金属报    点击:

作者:王祝堂
 
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钛合金排气管。
 
  近年来,汽车材料的进展在紧紧地围绕着环保、节能、安全、舒适性和低成本这些主题展开,因而汽车材料的发展也更加多样化,其中最为突出与紧迫的是轻量化,与10年前相比,汽车材料结构有了明显变化。采用新材料与先进的制造工艺是相辅相成的,汽车工业正在努力开发新的制造工艺,对传统工业进行更新。轻质材料除传统的铝材与镁材外,钛材与复合材料也是性能优良的轻质材料,不过目前价格还高了些,但是随着技术的进步与用量的加大,价格会慢慢下降的。
 
  钛的轻质、高强度等优秀性能早已为制造商青睐,钛材在赛车上的应用已有近40年的历史,目前的赛车与跑车没有不用钛材的。美国已生产出赛车的钛合金进气阀、排气阀、阀护圈和车杆等配件,日本最先使用钛材的汽车是日产“382”型车。
 
  发动机连杆
 
  汽车全速行驶时,发动机的摩擦损失大多是由活塞连杆部件(活塞、活塞销与连杆)引起的,其质量减轻后,燃料利用率大为提高,排气量也相应地减少了。采用钛材制造此部件后,与以前的铝合金部件相比,发动机的驱动温度上升了,使用的温度更高了。连杆应有高的强度与抗疲劳能力、刚性与耐磨性,所以钛合金与复合材料成为制造连杆的合适材料,实现了活塞及活塞销的轻量化,从而噪声与震动等大幅下降了,发动机的各项性能都得到提高。由于活塞销对强度、抗磨性、刚性、耐热性等有高的要求,所以应选择含有较多钛铝化合物的钛合金。发动机的速度在日益提高,阀、齿轮等也最好用钛合金制备,因为钛合金有优秀的抗蠕变及抗氧化性能,复合钛材及AITi合金是制备排气阀的上乘材料,TC4合金最适合制备温度较低的吸气阀。
 
  1956年,大众汽车公司制造了一款哄传一时供展览用的小汽车,其车身是全钛的。此后的COO型汽车装配了1台300mL气缸发动机,车的净质量仅290kg,是用Al、Mg、Ti树脂基复合材料等轻量化材料打造的,燃料效率达100km/L。1990年日本本田汽车公司的NSX V-6赛车的连杆是用Ti-3Al-2.5V-Si-RE合金制造的,一种可高速切削的合金;1994年该公司生产的NSX赛车的3.0 L 24阀V-6发动机的连杆是用钛合金锻造的。意大利法拉利2003En20型超级汽车的V12发动机采用钛合金连杆后,机动性大为增强,助推速度在3.9s内可达到62km/h。保时捷汽车的连杆也是钛合金的。
 
  气门座是钛合金制造的,赛车上广泛采用,多用Ti-6Al-4V合金制造,也有用Ti-5Al-2Cr-1Fe合金制造的,气门座形状简单,易机械加工,成本也较低,更不必专门的表面处理,其质量比钢制的轻10g~12g。日本汽车厂用Ti-5Al-2Cr-1Fe合金制成了曲轴和一些其它零件,以Ti-6Al-4V合金制造摇臂、气门弹簧和连杆的下螺栓。据日本的经验,汽车动力阀使用0.8kg~0.9kg钛,相当于减重20kg的效果。
 
 
 
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