近年、自動車産業の急速な発展に伴い、自動車によって生成された燃料消費、環境保護、安全性の問題は注目を集めています。自動車産業の将来の開発の方向性を楽しみにしています。軽量で燃料消費量が少なく、排出量が少ないことが開発のテーマです。国際権限部門の統計によると、自動車の燃料燃焼のエネルギーの60％がそれ自体の重量によって消費されています。高強度の薄鋼プレート、アルミニウム、マグネシウム、金属ベースの複合材料、プラスチック樹脂材料は、自動車の重量を減らすのに役割を果たしてきましたが、工業用チタン材料の出現により、自動車製造はより良い選択になりました。
チタン金属には、低密度、高い特異的強度、良好な腐食抵抗の利点があります。自動車でチタン材料を使用すると、自動車の体の重量を大幅に減らし、燃料消費量を減らし、エンジンの作業効率を改善し、環境を改善し、騒音を減らすことができます。ただし、価格が高いため、チタン合金は、自動車業界では高級モデルやスポーツカーにいくつかのアプリケーションしかありません。普通の車ではめったにありません。したがって、市場のニーズを満たす低コストのチタン合金の研究開発は、通常の家庭用車でのアプリケーションを促進するための鍵です。
自動車産業におけるチタン合金の現在の適用
チタン合金は航空宇宙、石油化学産業、造船産業で広く使用されていますが、自動車産業への応用はゆっくりと発展しています。 1956年に米国のゼネラルモーターズによる最初の全チタンカーの開発が成功して以来、チタンの自動車部品は1980年代まで大量生産のレベルに達しませんでした。 1990年代、高級車、スポーツカー、レーシングカーの需要が高まっているため、チタン部品は急速に発展しました。 1990年には、世界中の自動車で使用されるチタンの量はわずか50トンで、1997年に500トン、2002年には1100トン、2009年には3000トンに達しました。世界中の自動車で使用されるチタンの量は2015年に5000トンを超えると予想されます。
1。エンジンコネクティングロッド
チタン合金は、ロッド材料を接続するのに理想的な選択肢です。チタン合金で作られたエンジンコネクティングロッドは、エンジンの質量を効果的に減らし、燃料効率を向上させ、排気量を減らすことができます。スチールコネクティングロッドと比較して、チタン接続ロッドは質量を15％0％減少させることができます。チタン合金コネクティングロッドの適用は、最初に新しいイタリアのフェラーリ3.5LV8およびAcura NSXエンジンに反映されました。チタン合金コネクティングロッドに使用される材料は、主にti {-6 al -4 v、ti -10 v -2 fe -3 al、ti {-3} al -2}。 ti -4 al -4 mo-sn -0。
2。エンジンバルブ
チタン合金で作られた自動車エンジンバルブは、体重を減らしてサービスの寿命を延ばすだけでなく、燃料消費量を減らし、自動車の信頼性を向上させることもできます。スチールバルブと比較して、チタンバルブは重量を30％から40％減らすことができ、エンジンの制限速度は20％増加する可能性があります。現在のアプリケーションに関する限り、吸気バルブ材料は主にti -6 al -4 vであり、排気バルブ材料は主にti -6242 sです。通常、SnとAlが一緒に加えられて、より低い脆性とより高い強度を得ます。 MOを添加すると、チタン合金の熱処理性能が向上し、消光および老化したチタン合金の強度が向上し、硬度が高まります。開発の可能性を秘めた他のチタン合金は次のとおりです。
1）摂取バルブは、ti -6 al -4 vと同じ特性を持ち、安いです。
2）排気バルブは、ti -6 al -2 sn -4。0} Zr -0 MOの含有量が低いため、そのクリープ抵抗はTi {-6242 sよりも優れており、酸化抵抗温度は600度に達する可能性があります。
3）排気バルブは、高温抵抗と軽量の特性を持つティアルで作ることができますが、従来の鍛造方法による処理には適しておらず、鋳造および粉末冶金にのみ適しています。
3。バルブスプリングシート
高強度と疲労抵抗は、バルブスプリングシートに必要な特性です。 - チタニウム合金は、固形溶液の老化治療を通じて高強度を得ることができる熱処理可能な合金です。対応するより適切な資料は、ti -15 v -3 cr -3 al -3 snとti -15 mo -3 al -2}}} al -2。三菱モーターズは、Ti {-22 V -4 Alチタン合金バルブスプリングシートを質量生産車に使用します。
4。チタン合金バネ
チタンとその合金は、鋼の材料に比べて弾性率が低く、大きなσS/E値があり、弾性成分の製造に適しています。同じ弾性作業の前提の下で、スチール製の自動車スプリングスと比較して、チタンスプリングの高さはスチールスプリングスの高さの40％に過ぎず、質量はスチールスプリングの30％から40％であり、ボディデザインに便利です。さらに、チタン合金の優れた疲労性能と腐食抵抗は、スプリングの耐用年数を増やすことができます。現在、自動車スプリングの製造に使用できるチタン合金材料には、Ti -4。5fe6.8mo-1。
5。ターボチャージャー
ターボチャージャーは、エンジンの燃焼効率を改善し、エンジンのパワーとトルクを強化できます。ターボチャージャーのタービンローターは、長い間850度を超える高温排気ガスで動作する必要があるため、良好な耐熱性が必要です。アルミニウム合金などの従来の光金属は、融点が低いため使用できません。セラミック材料は、軽量と高温抵抗のためにタービンローターで使用されていますが、高コストと形状を最適化できないため、その用途は制限されています。これらの問題を解決するために、Tetsui et al。 Tial Turbine Rotorを開発しました。多くのテストと検証の後、耐久性と効率が良好であるだけでなく、エンジンの加速を改善することもできます。このデザインは、三菱ランサーの進化シリーズに成功裏に商品化されています。
6。排気システムとマフラー
チタンは、自動車の排気システムで大量に使用されています。チタンとその合金で作られた排気システムは、信頼性を向上させ、寿命を延ばし、外観を改善するだけでなく、体重を減らし、燃料燃焼効率を改善することもできます。鋼鉄の排気システムと比較して、チタン排気システムは重量を約40％減らすことができます。ゴルフシリーズの車では、チタン排気システムの重量を7〜9 kg減らすことができます。現在、排気システムで使用されているチタンは、主に産業用純粋なチタンです。
チタンマフラーの重量はわずか5〜6 kgで、ステンレス鋼などのマフラーよりも軽いです。 2000シボレーコルベットZ06は、11.8 kgのチタンマフラーとテールパイプシステムを使用して、元の20 kgのステンレス鋼システムを置き換え、重量を41％削減します。交換されたシステムの強度は変わらず、車はより速く、柔軟で燃料効率が良くなります。マフラーで使用されるチタンは、主に産業用純粋なチタンでもあります。
7。ボディフレームパーツ
自動車の安全性と信頼性を向上させるには、設計と製造の側面、特に製造材料を考慮する必要があります。チタンは、身体フレームを作るのに適した材料です。特異的な強さが高いだけでなく、良好なタフネスもあります。日本では、自動車メーカーが純粋なチタン金属溶接チューブを選択してボディフレームを作成します。これにより、運転中にドライバーが十分に安全に感じることができます。
8。その他のチタン合金部品
上記の部品に加えて、チタンはエンジンロッカーアーム、サスペンションスプリング、エンジンピストンピン、自動車ファスナー、ラグナット、車のドア突出ビーム、カーストップブラケット、ブレーキキャリパーピストン、ピンボルト、圧力プレート、シフトボタン、カークラッチディスク、その他の自動車部品にも使用されます。
チタン合金の適用
1。利点
チタン合金は、軽量、高い特異的強度、良好な耐食性の利点があるため、自動車産業で広く使用されています。最も広く使用されているチタン合金は、自動車エンジンシステムです。主に明示されたエンジン部品を製造するためにチタン合金を使用することには多くの利点があります。
1）チタン合金の低密度は、可動部品の慣性質量を減らすことができます。同時に、チタンバルブスプリングスは自由振動を増やし、車の体の振動を減らし、エンジンの速度と出力を増加させることができます。
2）可動部品の慣性質量を減らし、それにより摩擦を減らし、エンジンの燃料効率を改善します。
3）チタン合金の選択は、関連部品の負荷応力を軽減し、部品のサイズを減らし、それによりエンジンと車両全体の重量を減らすことができます。
4）部品の慣性質量を減らすと、振動とノイズが減少し、エンジンの性能が向上します。
他の部品にチタン合金を適用すると、人員の快適さと車の美しさを改善できます。自動車産業の適用において、チタン合金は省エネと消費削減に計り知れない役割を果たしています。
2。アプリケーションの制限
チタン合金部品は非常に優れた性能を持っていますが、チタンとその合金が自動車産業で広く使用される前にはまだ長い道のりがあります。理由には、高価な価格、貧弱な形成性、溶接性能の低さが含まれます。
チタン合金の開発により、近年のチタン合金の近くの形成技術と、近年の電子ビーム溶接、プラズマアーク溶接、レーザー溶接などの最新の溶接技術は、チタン合金の形成および溶接の問題は、チタン合金の適用を制限する重要な要因ではなくなりました。自動車産業におけるチタン合金の広範な適用を妨げる主な理由は、依然として高いコストです。
それが金属の初期製錬であろうとその後の処理であろうと、チタン合金の価格は他の金属の価格よりもはるかに高い。自動車産業のチタン部品の許容コストは、チタン接続ロッドの場合は8〜13米ドル/kg、チタンバルブでは13〜20米ドル/kg、チタンスプリング、エンジン排気システム、ファスナーで8米ドル/kg未満です。ただし、チタン材料で生産される部品のコストは、これらの価格よりもはるかに高くなっています。チタンプレートの生産コストは、ほとんど33米ドル/kgを超えています。これは、アルミニウム板の6〜15倍、鋼板の45〜83倍です。
自動車用のチタン合金に関する研究の現在の状況
現在、コストを削減することは、自動車産業のチタン合金の主な研究方向です。自動車産業向けのチタン合金のコスト分布の特性を考慮して、材料研究開発労働者は、主に、新しい低コスト合金システムの開発と新しい処理と準備技術の使用：次の2つの側面からコストを削減する目的を達成しています。
1.新しい低コストチタン合金システム
さまざまな国の労働者は、主に以下の側面に焦点を当てた新しい低コストチタン合金システムを開発しています。安価な合金要素を使用した合金設計と、処理特性を改善するための合金設計。その中で、日本と米国は代表者であり、私の国はまた、2つの低コストチタン合金、つまりTi8LCとTi12LCの開発に成功しています。自動車用の低コストチタン合金コンポーネントの設計では、一般的に使用される安価な合金要素はFe、Cr、Si、ALなどです。
2。新しい処理と準備技術
チタン合金材料の加工コストは、生産プロセス中の総コストの60％以上を占めています。したがって、コストを削減するという点では、チタン合金の処理コストを削減する方法が重要な研究方向になりました。この分野の研究は、主に2つの側面に分かれています。1つは従来の鋳造と鍛造プロセスを改善することであり、もう1つはパウダー冶金の近くのネット形成技術を使用することです。
新しい鍛造プロセスの研究開発において、コールドフォーゲンは現在、チタン合金が自動車部品を製造する最も有望な方法の1つです。 - チタニウム合金は、室温での変形抵抗が低く、適切な切断処理と形成があります。それは冷静になることができる素材です。現在、日本は3つの冷たい変形したチタン合金を開発しています。 - チタニウム合金にはいくつかの欠点もあります。冷たい鍛造中に不均一な変形を生成するのは簡単で、金型に簡単に接着できます。したがって、コールドフォーゲンテクノロジーを使用した - チタン合金部品の大量生産には、さらなる調査と開発が必要です。
チタン合金の処理コストを削減するという点では、粉末冶金は非常に重要な技術です。粉末冶金の自動車部品の製造では、主に元素粉末法（BE）と事前に合成された粉末法（PA）を含む、従来のプレス留め方が依然として支配的です。現在、この要素粉末法は、単純なプロセスと低コストのため、低コストの自動車チタン合金粉末冶金の分野で最も広く使用されています。近年、レーザー形成技術、金属粉末射出成形（MIM）、および複雑な自動車部品の生産と生産に広く使用されている他の技術など、他の粉末冶金技術も出現しています。
結論
新世代の自動車設計は、ますます厳しい環境要件を満たすために、軽量の体、低燃料消費、低騒音、エンジンの軽い振動にもっと注意を払っています。これに関連して、ライトメタルチタンは将来の自動車の主要なアプリケーション材料になります。
自動車の低コストチタン合金研究の現在の状況を考慮すると、自動車のチタン合金のコストをさらに削減するために、次の研究は次のことを焦点を当てる必要があることがわかります。
1）低コストの合金システムの開発において、性能に影響を与えることなく、より安価な合金要素を使用または使用しない合金システムを開発し、同時に、リサイクルチタン合金を完全に開発および利用してください。
2）鋳造および鍛造プロセスの開発において、 - チタン合金と冷たい変理型チタン合金を開発する方向に発達し、大量生産に関する実現可能性調査を実施します。
3）粉末冶金では、低コストの利点を確保しながら、チタン部品の性能をさらに向上させる必要があります。
経済の発展とチタンコストの削減により、より多くのエンジニアリング設計者がチタン部品を自動車部品として選択します。チタン合金は、最終的に自動車産業の生産において重要な地位を占めます。
