一、鈦與鈦合金的優(yōu)點(diǎn)

鈦合金是一種新型結(jié)構(gòu)及功能材料，它具有優(yōu)異的綜合性能，密度小，比強(qiáng)度高。鈦的密度為 4.51g/cm 3 ，介于鋁（2.7g/cm 3 ）和鐵（7.6g/cm 3 ）之間。鈦合金的比強(qiáng)度高于鋁合金和鋼，韌性也與鋼鐵相當(dāng)。鈦及鈦合金抗蝕性能好，優(yōu)于不銹鋼，特別是在海洋大氣環(huán)境中抵抗氯離子的侵蝕和微氧化氣氛下耐蝕性好，鈦合金的工作溫度較寬，低溫鈦合金在 -253℃還能保持良好的塑性，而耐熱鈦合金的工作溫度可達(dá) 550℃左右，其耐熱性明顯高于鋁合金和鎂合金。同時(shí)具有良好的加工性、焊接性能。

鈦金屬的優(yōu)點(diǎn) : 強(qiáng)度高 , 重量輕、耐高溫、抗腐蝕性強(qiáng)彈性模量約是鋼的一半 , 熱膨脹系數(shù)低，約是不銹鋼及鋁材的 50%, 無(wú)磁性 , 熱導(dǎo)率低 , 耐腐蝕、對(duì)環(huán)境無(wú)污染等。因此 , 不但宇航工業(yè)及化學(xué)工業(yè)已大量用鈦 , 而且作為汽車(chē)用材很早就引起人們的注意。汽車(chē)用鈦可極大減輕車(chē)重 , 降低燃料消耗 , 提高工作效率 , 改善環(huán)境和降低噪音等。

二、鈦合金在汽車(chē)上的應(yīng)用

盡管鈦合金已廣泛應(yīng)用于航空航天、石油化工以及艦船工業(yè)上，但是在汽車(chē)工業(yè)中的應(yīng)用卻發(fā)展緩慢。從 1956年美國(guó)通用公司研制成功第一輛全鈦汽車(chē)開(kāi)始，鈦制汽車(chē)零部件直到 20 世紀(jì)80 年代才達(dá)到批量生產(chǎn)的水平，90 年代隨著豪華汽車(chē)、跑車(chē)、賽車(chē)需求量的逐年增加，鈦制零部件才得到了飛快發(fā)展。1990 年全世界汽車(chē)用鈦量?jī)H為 50t，1997 年 達(dá) 到 了 500t，2002 年達(dá)到了 1100t，2009 年達(dá)到了 3000t，預(yù)計(jì) 2015 年全世界汽車(chē)用鈦量將突破5000t。目前鈦合金零部件有以下幾種比較常用。

1、發(fā)動(dòng)機(jī)連桿

鈦合金是連桿用材料的理想選擇。

用鈦合金制造的發(fā)動(dòng)機(jī)連桿能有效減輕發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量，提高燃油利用率和減少排氣量。相比于鋼制連桿，鈦制連桿可減輕 15% ～ 20% 的質(zhì)量。鈦合金連桿的應(yīng)用首先在意大利的新型法拉利轎車(chē) 3.5LV8 與 Acura 的 NSX 發(fā)動(dòng)機(jī)上得到了體現(xiàn)。鈦合金連桿所用的材料主要有 Ti － 6Al － 4V、Ti － 10V － 2Fe －3Al、Ti － 3Al － 2.0V 和 Ti － 4Al －4Mo － Sn － 0.5Si 等，其他鈦合金材料如 Ti － 4Al － 2Si － 4Mn 和 Ti － 7M －4Mo 等在連桿中的應(yīng)用也在研發(fā)中。

2、發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)

用鈦合金制造的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)，不但能減輕質(zhì)量、延長(zhǎng)使用壽命，而且可降低油耗和提高汽車(chē)的可靠性。鈦制氣門(mén)與鋼制氣門(mén)相比，質(zhì)量可減少30% ～ 40%，發(fā)動(dòng)機(jī)極限轉(zhuǎn)速可提高20%。就目前的應(yīng)用而言，進(jìn)氣門(mén)的材料以 Ti － 6Al － 4V 為主，排氣門(mén)的材料以 Ti － 6242S 為主，通常 Sn 和 Al 一起被添加，可以得到較低的脆性和較高的強(qiáng)度；Mo 的添加可改善鈦合金的熱處理性能，加強(qiáng)淬火及時(shí)效鈦合金的強(qiáng)度，同時(shí)增加硬度。

3、氣門(mén)彈簧座

高強(qiáng)度及耐疲勞性是汽門(mén)彈簧座必須具備的性能，β 鈦合金為熱處理型合金，能通過(guò)固溶時(shí)效處理來(lái)獲得很高的強(qiáng)度，相應(yīng)的比較適合的材料有 Ti·15V － 3Cr － 3Al － 3Sn 與 Ti －15Mo － 3Al － 2.7Nb － 0.2Si。 三 菱汽車(chē)在其規(guī)模化生產(chǎn)汽車(chē)上使用 Ti －22V － 4Al 鈦合金汽門(mén)彈簧座，較原鋼制鎖扣減輕了 42% 的質(zhì)量，氣門(mén)機(jī)構(gòu)減少了 6% 的慣性質(zhì)量，發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)速增加了 300r/min。

4、鈦合金彈簧

鈦及其合金相對(duì)于鋼材料具有較低的彈性模量，σs/E 值大，適合制造彈性元件。與鋼制汽車(chē)彈簧相比，在相同彈性功的前提下，鈦制彈簧的高度僅為鋼彈簧的 40%，質(zhì)量?jī)H為鋼制彈簧的 30% ～ 40%，便于車(chē)體設(shè)計(jì)。另外，鈦合金優(yōu)異的疲勞性能和耐蝕性能可提高彈簧的使用壽命。目前，可用來(lái)制造汽車(chē)用彈簧的鈦合金材料有 Ti －4.5Fe6.8Mo － 1.5Al 和 Ti － 13V11C －3Al 等。

5、渦輪增壓器

渦輪增壓器可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒效率并增強(qiáng)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率及扭力。渦輪增壓器的輪機(jī)轉(zhuǎn)子需要長(zhǎng)期工作在 850℃以上的高溫廢氣中，因此要求有很好的耐熱性。傳統(tǒng)的如鋁合金等輕金屬，因熔點(diǎn)較低而無(wú)法使用。雖然陶瓷材料因?yàn)橹亓枯p且耐高溫性佳而在輪機(jī)轉(zhuǎn)子上得到應(yīng)用，但由于成本高及形狀上無(wú)法最佳化而使其應(yīng)用受限。為了解決這些問(wèn)題，Tetsui 等人研發(fā)了 TiAl輪機(jī)轉(zhuǎn)子，經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)驗(yàn)證，其不但具有良好的耐久性及效能，而且也能改善發(fā)動(dòng)機(jī)的加速性。此項(xiàng)設(shè)計(jì)已成功在MitsubishiLancerEvolution 系列車(chē)型上得到了商業(yè)化應(yīng)用。

6、排氣系統(tǒng)及消聲器

鈦在汽車(chē)的排氣系統(tǒng)中使用量較大。用鈦及其合金制造的排氣系統(tǒng)，不僅可以提高可靠性、延長(zhǎng)壽命和改善外觀(guān)，還可以減少質(zhì)量及提高燃料燃燒效率。鈦制排氣系統(tǒng)與鋼制排氣系統(tǒng)相比，質(zhì)量可減少約 40%。在 Go1f 系列汽車(chē)中，鈦制排氣系統(tǒng)質(zhì)量可減少 7 ～ 9kg，目前排氣系統(tǒng)使用的鈦材主要為工業(yè)純鈦。

鈦制消聲器質(zhì)量只有 5 ～ 6kg，比不銹鋼等消聲器輕。2000 款雪佛萊CorvetteZ06 汽車(chē)上用一個(gè) 11.8kg 的鈦消聲器和尾氣管系統(tǒng)代替原來(lái) 20kg 的不銹鋼系統(tǒng)，質(zhì)量減輕了 41%。替代后的系統(tǒng)強(qiáng)度不變，并使汽車(chē)速度更快、操作更靈活及節(jié)約燃料。消聲器使用的鈦材同樣主要是工業(yè)純鈦。

7、車(chē)體框架部分

為了提高汽車(chē)的安全性和可靠性，需要從設(shè)計(jì)和制造方面，尤其是制造材料方面進(jìn)行考慮。鈦是一種用來(lái)制造車(chē)體框架很好的材料，其不僅比強(qiáng)度較高，還具有良好的韌性。在日本，汽車(chē)生產(chǎn)廠(chǎng)商選擇純鈦金屬焊接管制作車(chē)身框架，這種框架能夠使得駕車(chē)者在駕駛時(shí)具有足夠的安全感。

8、其他鈦合金部件

除了以上幾種部件，鈦還應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)搖臂、懸掛彈簧、發(fā)動(dòng)機(jī)活塞銷(xiāo)、車(chē)用緊固件、掛耳螺帽、汽車(chē)門(mén)突入梁、汽車(chē)擋支架、制動(dòng)器卡鉗活塞、銷(xiāo)軸栓、壓力板、變速按鈕及汽車(chē)離合器圓板等汽車(chē)零件。

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