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鈦及鈦合金在汽車上的應用

鈦及鈦合金在汽車上的應用

近年來,隨著汽車工業的發展,世界汽車產量和保有量與日俱增。2009年我國汽車產業突飛猛進,汽車產銷量超過1300余萬輛,超過美、日成為世界汽車產銷第一大國。汽車在給人們出行帶來方便的同時也產生了油耗、環保、安全三大問題。著眼于可持續發展考慮,降低燃油消耗和減少排放污染顯得尤為迫切。據國際權威部門統計汽車所用燃料約60%消耗于汽車自重。汽車每減輕10%的重量,廢氣排放量可減少10%,可降低油耗7%。由此可見,汽車減重、輕量化是實現上述目標的有效措施。實現汽車輕量化的途徑主要有兩種:一是優化汽車框架結構;另一個是在汽車制造上采用輕質材料。目前汽車上使用的輕合金主要有鋁、鎂、鈦合金等金屬。

 

鈦合金在汽車上的應用及特點

鈦合金是一種新型結構及功能材料,它具有優異的綜合性能,密度小,比強度高。鈦的密度為4.51g/cm3,介于鋁(2.7g/cm3)和鐵(7.6g/cm3)之間。鈦合金的強度高于鋁合金和鋼,韌性也與鋼鐵相當。鈦及鈦合金抗蝕性能好,優于不銹鋼,特別是在海洋大氣環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550左右,其耐熱性明顯高于鋁合金和鎂合金。同時具有良好的加工性、焊接性能。

鈦及鈦合金優異的性能自鈦工業化生產以來就倍受各尖端行業關注,伴隨著鈦行業的起步,在20世紀50年代中期,鈦材進入了汽車工業。步入90年代,隨著世界性能源短缺及人們環保意識的加強,尤其是汽車工業,美國、日本和歐洲等國先后頒布了系列生態法規,對燃油利用率,CO2排放量、汽車減重、汽車的安全性、可靠性等提出了更高的要求。許多發達國家和著名的汽車制造商都積極開發并增加在汽車用鈦方面的研究投入。為汽車用鈦提供了強大動力。進入新世紀,我國鈦工業也逐步步入汽車領域。

在當前汽車市場上,隨著豪華汽車、跑車和賽車需求逐年增加,鈦制零部件亦逐年增加。1990年全球汽車用鈦僅為50/年左右,1997年為500/年,2002年為1100/年,2009年為3000/年。由此可見,汽車行業用鈦材進入加速階段。

 

汽車中使用的鈦制零部件

鈦在汽車上的用途主要分兩大類,第一類是用來減少內燃機往復運動件的質量(對作往復運動的內燃機零件來講,即使減少幾克質量都是重要的);第二類是用來減少汽車總質量。根據設計和材料特性,鈦在新一代汽車上主要分布在發動機元件和底盤部件上。在發動機系統,鈦可制作閥門、閥簧、閥簧承座和連桿等部件;在底盤部件主要為彈簧、排氣系統、半軸和緊固件等。

據資料介紹,除了上述所舉重點外,還有:發動機部件的搖臂、懸簧、活塞銷、渦輪增壓器轉子、緊固件、掛耳螺帽、車擋支架、門突入梁、制動器卡鉗活塞、銷軸栓、離合器圓板、壓力板、變速按鈕等等。

  

寶雞市海兵鈦鎳有限責任公司科研部提供

 
  
  
  
  
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