Avtomobil sanoatida titan va titanium qotishmalarini ishlab chiqish va qo'llash

Bugungi kunda avtomobillar 100 yildan ortiq tarixga ega va bizning hayotimizda ajralmas transport vositasi hisoblanadi. Titanning engil vazni va yuqori quvvati uzoq vaqtdan beri avtomobil ishlab chiqaruvchilarning diqqat markazida bo'lib kelgan. Titan vodiysi Titan ko'p yillar davomida poyga avtomashinalarida ishlatilgan va deyarli barcha hozirgi poyga avtomobillari titandan foydalanishadi. Biroq, umumiy avtomobilsozlik sektori titan uchun rivojlanayotgan bozor.


Avtoulov qismlari uchun titanning afzalliklari quyidagilardan iborat: yuqori quvvat, kichik zichlik, elastik modul po'latning yarmiga yaqin, issiqlik kengayishining past koeffitsienti, zanglamaydigan po'lat va alyuminiyning yarmi, magnit bo'lmagan, past issiqlik o'tkazuvchanligi, atrof-muhitning ifloslanishi. . Bundan tashqari, avtomobil sanoatida titandan foydalanish avtomobilning og'irligini sezilarli darajada kamaytirishi, yonilg'i sarfini kamaytirishi, avtomobil samaradorligini oshirishi va shovqinni kamaytirishi mumkin.

1. Avtomobilda titanium qotishmasini qo'llash

Avtoulovlarda odatda titan qotishma qismlariga quyidagilar kiradi: kapital bilan ishlangan turbinali zaryadlovchi uchun rotor pichoqlari, ti-6a1-4v qotishmasidan yasalgan bog'lash zanjirlari va klapanlari va boshqalar. Arzon narxlarni amalga oshirish uchun ti-6a1-4sn-4zr-1nb-1mo Dvigatel klapanlarini ishlab chiqarish uchun titan asosidagi MMC zarralarini tarqatuvchi TiB zarralari bilan chang-metallurgiya tomonidan -0.2si-0.3c qotishma matritsasi qo'shildi. Birlashtiruvchi rollarda va dvigatel klapanlariga qo'shimcha ravishda, arzon narxlardagi titan qotishma TImetaL LCB tomonidan ishlab chiqarilgan osma buloqlar ham asl dastur hisoblanadi. So'nggi paytlarda dvigatel klapanlari va egzozlari uchun arzon narxlardagi titanium qotishmalarini ishlab chiqishda katta yutuqlarga erishildi. Ayniqsa, titanium qotishma titanium vodiyli rangli metall savdo markaziga talabning ortishi sababli mototsikl egzoz tizimi (susturucu), shuning uchun arzon qotishma ishlab chiqaradigan egzoz tizimi ko'proq mashhur.


1956 yilda General Motors (GM) va uning etkazib beruvchilari titandan yasalgan korpusga ega ko'rgazmani ishlatish uchun ideal avtomobilni yig'dilar. O'shandan beri GM dvigatellarida titan, shu jumladan egzoz klapanlari va biriktiruvchi simlardan foydalanishni xohladi. Ba'zi avtoulovchilar ba'zi modellarda allaqachon oz miqdordagi titandan foydalanishadi. 1994 yilda NSX poyga 3.0L24 v-6 dvigatelida soxta titan biriktiruvchi rodlardan foydalangan holda Yaponiyaning Honda motorli kompaniyasi kabi titanli vodiy rangli rangli savdo markazi; Titan qopqoqli bahor o'rindiqlari mitsubishi motorlarining yuqori sig'imli, to'rt silindrli dvigatellarida ishlatiladi; Titan aloqalari porsche avtomashinalarida ham qo'llaniladi. Titanning tobora rivojlanib borishi bilan u avtomobil qismlarini maxsus ishlatishda keng qo'llanila boshladi.


1.1 Vana

Avtomobil valfini yaratish uchun titanium qotishmasidan foydalanish nafaqat og'irlikni kamaytirishi, xizmat muddatini uzaytirishi va yuqori ishonchliligi, balki yoqilg'ini tejashga yordam beradi. Egzoz valfi issiqlikka qo'shimcha ravishda, aşınmaya bardoshli, ammo qo'rg'oshin va kobaltsiz ham ishlaydi. Amerikalik ishlab chiqaruvchilar kirish va chiqish vanalarini tayyorlash uchun titanium qotishmasidan foydalanish odatiy holdir. Kirish valfi ti-6a1-4v qotishmasidan, chiqadigan valf esa ti-6a1-2sn -4zn-2mo qotishmasidan qilingan. Hitachi tomonidan ishlab chiqarilgan qabul qiluvchi klapanlar Yaponiyaning avtomobil bozoriga etkazib berildi.


Amerikaning Howmet quyish kompaniyasi doimiy quyma yordamida klapanlar ishlab chiqaradi, ularning har biri titan og'irligining to'rtdan birini tashkil etadi, yangi transport vositasida yiliga 200 million vana va yillik almashtirish bozorida 80 million vana mavjud.


1.2 Vana o'rindig'i

Avtoulovlar va sport moshinalarida eng ko'p ishlatiladigan titan komponenti odatda ti-6a1-4v qotishmasidan tayyorlangan valf o'rindig'i. Yaponiya shuningdek ti-5a1-2cr-1fe qotishmasidan foydalanadi. Oddiy shakli va kichik o'lchamlari tufayli mexanik qo'shimchani tayyorlash oson va arzon. Bu, albatta, maxsus sirt ishlovini talab qilmaydi va po'latdan yasalgan valf o'rindig'i bilan solishtirganda og'irlikni 10 dan 12 grammga kamaytirishi mumkin.


1.3 Birlashtiruvchi novda

Titan qotishmasidan foydalanish vosita og'irligini kamaytirish uchun eng samarali hisoblanadi. Bog'lash uchun ishlatiladigan materiallar asosan ti-6a1-4v, va ti-4a1-2sn-4mn va ti-7a1-4mo kabi boshqa materiallar ham ishlab chiqilmoqda.


1.4 Krank mili va boshqa motor qismlari

Yaponiya ti-5a1-2cr-fe qotishma tsilindrini sinab ko'rmoqda, bu zanglashga qarshi davolanishga muhtoj va hozirga qadar qo'llanilmagan. Roker qo'llari, valf kamonlari va bog'lovchi roliklarning pastki murvatlari kabi boshqa dvigatel komponentlari ham ti-6a1-4v qotishmasidan tayyorlanishi mumkin.


Yaponiyada maxsus ishlab chiqilgan ti-3a1-2.5v qotishma krank mili Honda 280hp 3.ol V6NSX hashamatli poyga avtomobilida ishlatilgan, po'lat krank mili bilan taqqoslaganda og'irlikni 30% ga kamaytirdi va dvigatelni 700r / min ga aylantirgan. bir xil charchoq kuchi. Ushbu natijalar titanning poyga avtomobillarida qabul qilinganligini va kengaytirilganligini ko'rsatadi.


1.5. Traxeyani qaytaring

Titan quyruq naychasi / susturucu komponentlaridan foydalanish xlor tuziga ta'sir qilmaydi va korroziya natijasida egzoz chiqindi oltingugurt ajralishi natijasida chiqariladi, egzoz tizimiga tegmaydi, payvandlash joyida zang ham ko'rinmaydi, hatto titan vodiysidagi rangli metallar ham an'anaviy materiallar bilan taqqoslaganda savdo markazi - zanglamaydigan po'latdan yasalgan egzoz tizimi vaznning 40 foizini kamaytirishi mumkin, yoqilg'i tejashni bir vaqtning o'zida yaxshilaydi, tezkor tezlik va tormoz masofasini qisqartiradi. Titanning yuqori narxi tufayli, Amerika titan metall kompaniyasi (Timet) avtomobil ishlab chiqaruvchilarning narx me'yorlariga javob berishga yordam beradigan qismlarni ishlab chiqarish uchun maxsus sirtni tozalash usulini ishlab chiqdi. Yangi Chevrolet Corvette Z06 allaqachon titandan qaytadigan havo trubasiga ega.


1.6 to'xtatib turish bahori

Titan buloqlari odatiy avtoulovlarda ishlatiladigan po'lat buloqlarga qaraganda engil, korroziyaga chidamli va past qirqish moduliga ega (bu bahor rulining boshqarilishini pasaytiradi). Timet avtomobili osma bahor ishlab chiqaruvchilarining narxi va komponentlarini yig'ish talablarini qondirish uchun maxsus yaratilgan titan qotishmasini ishlab chiqdi. Dastlab oz miqdorda ishlab chiqarilgan, u Volkswagen'ning Evropadagi yangi Lupo FSI avtomashinasining tishli to'xtatib turish bahorida ishlatilgan. 2001 yil yanvar oyida Timet va Volkswagen 3500 dona ishlab chiqarilishi kutilayotgan Lupo FSI 2001 yil modelida titan suspenziyali buloqlardan foydalanishni e'lon qilishdi.


Titanli buloqlar po'latdan yasalganlarga qaraganda 60-70% engilroq. Amerika Qo'shma Shtatlarida ishlab chiqarilgan odatiy 5-6 kishilik oilaviy avtoulovda har bir avtomobil to'rtta osma buloq yordamida 9 kg dan 13,6 kg gacha yo'qotishi mumkin.


1.7 Muffler

Titan susturucusu atigi 5-6 kg, zanglamaydigan po'latdan ishlov beruvchidan ancha engil, ishlatish oson. Yaponiyadagi avtomobilsozlik sanoatida titanga talab (1999 yildagi talab 457t edi) asosan susturucular, asosan yirik transport vositalariga (900 kubdan yuqori) talab qilinadi. Yaponiyaning to'rtta yirik ishlab chiqaruvchisi, jumladan Honda va suzuki, titanium susturucularını qabul qildilar. Titan susturucuları asosan yirik avtoulovlarda va individual o'rta o'lchamdagi mashinalarda qo'llaniladi. Titanning korroziyaga chidamliligi, kuchi va sirt sifati baholanmoqda.


2000 yilda ishlab chiqarilgan Chevrolet Corvette 206, GM 20 kg zanglamaydigan po'latdan yasalgan tizimni 11,8 kg titan susturucu va egzoz quvurlari tizimiga almashtirdi. Og'irligi 4l% ga kamayadi, mashina tezroq, egiluvchan va yoqilg'ini tejaydi.


1.8 Avtomobil tanasi va boshqa qismlar

Timet, titanni og'irlikni sezilarli darajada kamaytirish va chidamliligini oshirish uchun uy vositasi tarkibiy qismlarining boshqa shakllarida, shu jumladan dvigatel qismlarini, qo'zg'aysan tishli qismlarini, to'xtatib turish tizimlarini va tarkibiy qismlarini ishlatishda foydalanish mumkin deb hisoblaydi. Amortizatorni markazlashtiruvchi novda, tutqichli yong'oq va murvat, boshqaruv novlari, mahkamlagichlar, qo'zg'aluvchan mil, blok kronshteyn, portal tutqichi, tormoz kalipers pistoni, dvigatelni bog'laydigan novda, pinli murvat, valf, valfli kamon va o'rindiq va boshqalar.


Titan qotishma ti-6a1-4v ishlab chiqarish debriyaj plitasi, bosim plitasi va boshqa transmisyon komponentlari bilan yaqinda po'lat qobiq bilan taqqoslaganda yuqori tejamkorlik kalıplama bilan titanium qotishma qobig'ini ishlab chiqarishni boshladi, bufer tiqilib qolishi uchun chivinlarning shikastlanishini sezilarli darajada kamaytirishi mumkin. osonlashadi. Yaponiyalik olimlar yangi qo'shma toymasin konstruktsiyani ishlab chiqdilar va avtomashinalar uchun pastga tushirish yordamida yana bir qopqoqni ishlab chiqdilar.


1.9 mahkamlagichlar

Ko'p turdagi mahkamlagichlar uchun po'lat o'rniga titandan foydalanish mumkin. Titan mahkamlagichlari kelajakdagi engil transport vositalari uchun mumkin yoki zarurdir.


2. Avtomobil titan va titan qotishmalarining holati


2.1 AQSh

O'z avtomobillarida eng ko'p titandan foydalanadigan davlatlar AQSh va Yaponiya. Birinchidan, Amerika Qo'shma Shtatlari avtomobillarda titaniumni qo'llash masalasiga katta ahamiyat beradi. Amerika Qo'shma Shtatlari titan qabul qilish klapanlari, egzoz klapanlari, valf ushlagichlari, poyga avtomobillari uchun biriktiruvchi tayanchlar va boshqa qismlarni ishlab chiqardi va har yili avtomobillarda 50 titan titan ishlatiladi. 1996 yilda Las-Vegasda bo'lib o'tgan xalqaro ko'rgazma uyushmasida titaniumli titaniumli avtoulov egzoz tizimidan tayyorlangan Timet namoyish etildi, Chrysler va GM kompaniyasi tijorat toza titan va egzoz tizimining prototipini yaratdi, ishlab chiqarishni keng miqyosda baholash davom etmoqda: GM shuningdek Timetalda - 62 - s va Timetal - LCB vallari va qotishmani ommaviy ishlab chiqarishda ko'rib chiqmoqda. Amerikaning yana bir yuqori unumdorli avtomobili - NSX Acura, shuningdek, avtomobil ulanishlari uchun ommaviy ishlab chiqarilgan titanning misoli bo'lib, USES titan aloqalarini ishlatadi. Ford avtoulovi kompaniyasi ti-3a1-8v-6cr-4mo-4zr bahori, ti-6a1-4v kirish valfi va valf ushlagichi, ti-6a1-2sn-4zr-2mo va ti-3a1-8v-6cr-4mo-4zr kabi avtomobil ilovalari uchun bir nechta titanium qotishma qismlarini aniqladi. 6a1-2sn-4zr-2mo-0.1si egzoz valfi. 1989 yilda kompaniya tomonidan ishlab chiqarilgan titan buloqlari po'latdan yasalgan buloqlarning uchdan bir qismiga teng edi va kichikroq va ixcham edi. Ishlab chiqarilgan suv olish va chiqarish klapanlari avtomobilning galon bo'ylab yurishini 3-4 foizgacha oshirishi mumkin. Vana titaniumli buloq bilan birlashtirilganda, dvigatelning yonilg'i sarfini kamaytirish mumkin.


AQShda arzon narxlardagi titan qotishmalari ishlab chiqilgan. Masalan, Timet va GM avtomobil dvigatellarining tarkibiy qismlarida foydalanish uchun Timetal 62S (ti-6a1-2fe-0.1si) qotishmasini ishlab chiqdilar, ti-6a1-4v-ga qaraganda yaxshi ishlashga va ti-6a1-ga nisbatan 15% ~ 25% arzonroq narxga ega. 4v. Timetal krankxt, bu Timet tomonidan mototsikl va avtomobillarni chiqarish tizimlari uchun yangi ishlab chiqilgan ti-fe-si-o qotishmasi. Qotishma elementlarining eng yuqori massa ulushi 0,5% Fe ni tashkil qiladi. 0,6% Si; 0.15% O. Kompaniya bir vaqtning o'zida 3,2t tekis nurli eritmani ishlab chiqargan, bu esa issiq prokatlanganidan keyin 1,65 ~ 0,91 mm spesifikasiyali chiziqlar bilan o'ralgan.


Timetal1100 (ti-6al-2.7 sn-4zr-0.4 mo-0.45si) qotishma egzoz valfi AQShda titan erituvchi korporatsiya tomonidan ishlab chiqarilgan va 6000 ℃ oksidlanish qarshiligiga ega. LCB qotishmasining (Fe Ti - 4.5-6.8 Mo - 1.5 A1) qotishmasining vaqt jadvallari avtomobil bozorida maxsus ishlab chiqilgan, uning keng qamrovli ishlashi juda yaxshi, ayniqsa charchoqqa qarshi ishlash har qanday titanium qotishmasidan yaxshiroqdir, Timetal LCB metastabil beta titan qotishmasi - bu arzon narxlardagi, asosiy qotishma elementi past Fe - Mo qotishmasi, rentabellik darajasi 900 mpa dan yuqori, uzayish tezligi taxminan 18%, alyuminiy molibdenidan foydalanish bilan solishtirganda yuqori po'latdan ishlov berish. qotishma, molibden temiridan foydalanish xarajatlarni 25% ~ 33% ga kamaytirishi mumkin. LCB osma buloqlari avtoulovlarning og'irliklarini kamaytirishga qo'shimcha ravishda ikkita afzalliklarga ega bo'lgan avtoulovlarda ishlatilgan: po'latdan yasalgan buloqlarga qaraganda tezroq javob berish va shuning uchun yumshoqroq yurish; Og'irlikni 60% ga kamaytirish, hajmni 25% ga pasaytirish, po'latdan yasalgan buloqning umrini to'rt baravaridan ko'proq. Manley yuqori mahsuldorlikdagi mahsulotlar TI-1000 va ti-6a1-2sn-4zr-2mo titanium klapanlarini ishlab chiqaradi, ular turli xil mototsikllarda ishlatilgan RACES.


2.2 yaponlar

Titan Yaponiyada poyga avtomashinalarida va ba'zi sport avtoulovlarida 20 yil davomida ishlatilgan, ammo xarajatlarni hisobga oladigan yo'lovchi avtomashinalarida emas. Masalan, nissan R382 titan qopqog'i tufayli Yaponiya gran-prisiga sazovor bo'ldi. Hozirgi vaqtda avtomobil qo'llanmalaridagi titan va uning qotishmasi asosan dvigatel qismlari buloqlari, avtoulov novlari, biriktiruvchi novda, standart qismlar, g'ildiraklar, quvvat klapanlari va boshqalar. Yaponiya tajribasiga ko'ra, avtoulov quvvat klapanlarida 0,8 ~ 0,9 kg / dona titandan foydalanish 20 kg / dona vazn yo'qotish bilan tengdir.


Avtomobilda qo'llaniladigan titanni ishlab chiqarish bo'yicha Yaponiyada ko'plab tadqiqotlar o'tkazildi. Kelajakdagi texnologiyalarni tadqiq qilish instituti SAT64AW, SAT64HM, SAT325HM, ti-20v-4a1-lsn va boshqa avtomobil titan qotishmalarini ishlab chiqdi. AT64HM, SAT325HM qotishmasi yaxshi termal ishlov berish, burg'ulash va charchashga qarshi ishlashga ega, yoki bog'lovchi novda qismlarini ko'proq burg'ilashni amalga oshiradi, kesish narxi past bo'ladi. Yaponiyaning mitsubishi motorlari korporatsiyasi tomonidan ishlab chiqarilgan ti-2v-4a1 qotishmasi yaxshi sovuqqa chidamlilik xususiyatiga ega va valfni ishlab chiqarish uchun javob beradi. Ti-6al-4v qabul qilish va egzoz klapanlari Yaponiyaning toda firmasi tomonidan ishlab chiqarilgan, titan vodiysi firibgarligi dvigatelning ishlashini va tezligini 10-15 foizga yaxshilaydi. Ta'kidlash joizki, 1992 yilda Yaponiyaning Tokio shahrida bo'lib o'tgan 29-xalqaro avtomobil ko'rgazmasida birinchi marta titan korpus panellari va titanium energiyasini tejaydigan kam ifloslangan dvigatelli avtomobillar namoyish etildi, bu barcha ishtirokchilarning e'tiborini tortdi. 1996 yilda yaponiyaliklar tomonidan ishlab chiqarilgan tarkibiy qismlarida titanli quyoshli avtomobil to'rtinchi jahon avtomobil avtomobillari poygasida g'olib chiqdi. Titan birinchi bo'lib NSX v-6 premium-massasini ishlab chiqarishda, 1998 yilda Yaponiyada mukofotga sazovor bo'lgan Toyota kupesining klapan sinfida ishlatilgan. Qabul qilish valfi ti-6a1-4v / TiB qotishmasidan qilingan. chang metallurgiya tomonidan amalga oshiriladi va egzoz qopqog'i issiqlikka bardoshli ti-al-zr-sn-nb-mo-si / TiB qotishmasidan qilingan. Avtomobilning dvigateli 2000 kub bo'lib, bitta 279 qabul qilish klapaniga va sakkizta 249 chiqindi klapaniga ega. Avtomobilning umumiy titani 408g. Xom ashyo po'latdan yasalgan bo'lsa, mos keladigan og'irliklar 40.Og va 44.6g ni tashkil qiladi va valfning umumiy og'irligi titandan ikki baravar ko'p. Avtomobil, shuningdek, o'z vaznini 43g dan 36g gacha kamaytiradigan valfli buloq uchun titandan foydalanadi. Dastlab Toyota 4000 ta yangi avtomobil ishlab chiqargan, ularning yarmi titandan.


Yaponiyaning Datong po'lat korporatsiyasi avtomobil dvigatelining egzoz klapanini ishlab chiqarishda foydalanish mumkin bo'lgan yangi titanium alyuminiy qotishmasini ishlab chiqdi. Ushbu yangi titanium alyuminiy qotishmasining tarkibi ti-33,5 a1-1nb-0.5 cr-0.5si (%%) dir, bunda Nb va Si oksidlanishga chidamliligi va emirilish qarshiligini yaxshilash uchun qo'shiladi. Tozalash klapanlari uchun keng ishlatiladigan martensitli issiqlikka bardoshli po'lat va nikel asosli qotishma bilan taqqoslaganda, qotishma kichik o'ziga xos tortishish kuchi (martensit issiqlikka bardoshli po'latdan faqat yarmi) va yaxshi issiqlik o'tkazuvchanligi bilan ajralib turadi. Yaponiya metall materiallari ilmiy-tadqiqot instituti va Koreyaning mexanik va metall tadqiqot instituti, elementlarni aralashtirish usuli qotishma kukuni va kukunni teng ravishda aralashtirilgan, vakuum sinterlash, issiq izostatik bosimni ikkita arzon qotishmalarga, juda zo'r, siljish va charchoq xususiyatlariga ega bo'lishi kutilmoqda. avtomobil qismlariga bo'linishi mumkin.


Avtomobil egzoz tizimida ishlatiladigan titan qotishmasining talab qilinadigan xususiyatlari quyidagi 4 punktga mos kelishi kerak: (1) yuqori haroratda etarli harorat va uzoq vaqt ishlatilgandan keyin ozgina pasayish. (2) 700 above dan yuqori haroratda oksidlanish natijasida devor qalinligining pasayishi juda kichikdir. (3) xona haroratida, JIS 2 va astmgr.2 sinflarining toza titanlari (keyingi o'rinlarda - 2-rasm) yuqoridagi kabi egiluvchanlikka ega (egilish xususiyati, siqish xususiyati, chuqur ta'sir qilish xususiyati va boshqalar). (4) 600 ℃ dan yuqori haroratlarda uzoq vaqt davomida hosilning harorati 0,2% dan kam bo'lgan ma'lum bir yukni deformatsiya qilish qiyin, ya'ni kırınma qarshilik yaxshi. Nippon po'lat kompaniyasi, LTD tomonidan ishlab chiqarilgan avtomobil egzoz tizimlari uchun Ti-lcu va ti-1cu-0,5 Nb dizayn tushunchalari va a'lo xususiyatlari (xona haroratida shakllanishi, yuqori haroratda chidamlilik, oksidlanishga chidamlilik, siqilish qarshiligi). Ushbu qotishmalar Cu qo'shilishi bilan past oksidlanishga erishdi va zarur bo'lgan Nb qo'shilishi asl qotishma dizayn g'oyalarida topilmagan yangi super g'oyalar, masalan super-tix 10CU va super-tix 1OCUNB kabi keng tarqalgan bo'lib foydalanildi. avtomobil egzoz materiallari sifatida. Bunday super-tix 10CU kabi 2007 yildan beri qismlarning issiqqa chidamliligi talablari uchun suzukki GSX seriyali susturucuda ishlatiladi. U 2009 yildan beri nissan gt-rspec-v va 2010 yildan beri gt-r EGOIST susturucusida ishlatilgan, zanglamaydigan po'latdan taqqoslaganda og'irligi qariyb 30% kamaygan. Super-tix 10CUNB nafaqat Evropadagi egzoz komponentlarini ishlab chiqaruvchi Akrapovich tomonidan ishlab chiqarilmoqda, bu nafaqat mototsikllarda, balki avtomobil susturuvchilarning bir qismida ham mavjud. Ushbu qotishmalar yuqori ish qobiliyati va yuqori haroratga chidamliligi, xona haroratida yuqori oksidlanishga chidamliligi va emirilish qarshiligi uchun to'liq foydalaniladi. Qotishma dizayni va ishlab chiqarish shartlari mos keladi.


2.3 Xitoyda

Xitoy avtomobil titanini targ'ib qilishni jadal amalga oshirmoqda. Avval veb-sayt, gazetalar, jurnallar va boshqa reklama usullari, titan orqali