钛谷——汽车用钛及钛合金的研究现状

时间:2020-01-08 15:04:34

1美国
        汽车上用钛量最多的国家是美国与日本。首先,美国十分重视钛在汽车上的应用,如Timet专门成立了汽车厂来开发钛用汽车部件。钛谷亏损美国已生产出赛车用的钛制进气门、排气门、气门护圈和连杆等部件,每年专用于汽车上的钛材达50t。1996在拉斯维加斯召开的国际钛协会展览会上展示了Timet用工业纯钛制造的钛汽车排气系统,随后克莱斯勒和GM公司制出了纯钛排气系统商用样机,大规模的生产评估正在进行:同时GM公司还在进行Timetal-62S和Timetal-LCB轮轴的研究,钛谷没有亏损并正在考虑把这种合金投入批量生产。另外美国的高性能汽车NSX Acura也使用了钛连杆,这是批量生产汽车连杆用钛的一个实例。美国福特汽车公司已确认了几种在汽车上适用的钛合金部件为Ti-3A1-8V-6Cr-4Mo-4Zr弹簧、Ti-6A1-4V进气阀和阀门护圈、Ti-6A1-2Sn-4Zr-2Mo、Ti-6A1-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si排气门。该公司在1989年前后生产的钛弹簧重量只有同等钢弹簧重量的三分之一,而且更加小巧紧凑.生产的进、排气门能使汽车消耗一加仑汽油所行的里程延长3~4%。该气门与钛弹簧相结合时能够降低发动机的燃料消耗。
  
        美国开发了一系列低成本钛合金。如Timet和GM研制出Timetal 62S(Ti-6A1-2Fe-0.1Si)合金被用于汽车发动机部件,性能优于Ti-6A1-4V,成本比Ti-6A1-4V低15%~25%。Timet公司新开发的用于摩托车和汽车排气系统的钛合金Timetal Exhaust XT是一种Ti-Fe-Si-O系的合金,合金元素的最高质量分数为:0.5%Fe;0.6%Si;0.15%O。该公司用电子束一次熔炼生产了3.2t的扁锭,热轧后冷轧成规格为1.65~0.91 mm的带卷。
  
        美国钛冶炼公司开发出Timetal1100(Ti-6Al-2.7Sn-4Zr-0.4Mo-0.45Si)合金排气门,在6000℃时具有抗蠕变强度、抗氧化能力。Timet的Timetal LCB(Ti-4.5Fe-6.8Mo-1.5A1)合金,是为打入汽车市场而专门研制的,它的综合性能优异,尤其是抗疲劳性能优于其它任何钛合金,Timetal LCB是一种低成本亚稳态β钛合金,其主要合金元素是低廉的Fe-Mo合金,屈服强度高于900Mpa,延伸率约为18%,性能不亚于高强度钢,与使用铝钼中间合金相比,使用钼铁可使成本降低25%~33%左右。在非公路竞赛卡车上已使用了LCB悬挂式弹簧,除了能降低车重之外还有2个优点:响应速率比钢弹簧更快,因此行驶更加平稳;重量减轻60%,体积缩小25%,寿命超过钢弹簧的4倍。美国曼利高性能产品公司生产出Ti-1000和Ti-6A1-2Sn-4Zr-2Mo两种钛气门,已参加多种类型的摩托车比赛。
  
2日本
        日本早在20年前就把钛应用于赛车及一部分跑车,但尚未用于重视成本的一般小客车。如日产汽车R382因采用了钛合金制汽门,在日本大赛中获胜。目前,钛及其合金在汽车上的应用主要有发动机部件弹簧,车杆,连杆,标准件,车轮,动力阀等。据日本的经验,在汽车动力阀使用0.8~0.9kg/台的钛相当于减重20kg/台的效果。
 
        日本对开发钛在汽车中的应用进行了大量的研究。未来技术研究所开发了SAT64AW,SAT64HM,SAT325HM,Ti-20V-4A1-lSn等汽车用钛合金。AT64HM,SAT325HM合金具有良好的热加工性,钻削性和抗疲劳性能,或做钻孔多的连杆等部件,切削加工成本较低。日本三菱汽车公司开发的Ti-2V-4A1合金冷加工性好,适用于制造气门杆。日本户田制作所用Ti-6Al-4V制作的进气门和排气门,钛谷诈骗改善了发动机的性能,使汽车速度提高10~15%。值得一提的是,在1992年日本东京召开的第29界国际汽车展览会上,首次展出了钛制车身外板和钛制节能低公害发动机汽车,引起了与会者各方面的关注。1996年日本制造的太阳能汽车结构部件上采用钛,在第四次世界太阳能汽车大赛上取得了名次。钛材最初是在批量化生产的高级车NSX V-6车上使用,接着是在1998年在日本获奖的丰田双门敞篷轿车的阀类采用了钛。该车的进气门使用了采用了粉末冶金法生产的Ti-6A1-4V/TiB合金,排气门采用了耐热性的Ti-Al-Zr-Sn-Nb-Mo-Si/TiB合金。该车的发动机为2000cc,采用了1个279的进气门和249的排气门8个,一辆车用的钛材总计为408g。原材料为钢时各自的重量则为40.Og与44.6g,气门的总重量比钛材的2倍还多。这种车的气门弹簧也使用了钛,其重量从43g减轻到36g。丰田公司的这种新型车最初生产的台数为4000台,其中一半使用了钛材。