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钛合金材料在汽车整车制造中的应用情况

发布时间:2020-10-12 22:53:02 浏览次数 :

钛合金在汽车零件上的使用,钛的热膨胀系数及杨氏模量小于铁素体耐热钢,因热膨胀及收缩产生的应力也减半,有利于热周疲劳性能。如,因热热膨胀产生的应力值(热膨胀系数×杨氏模量)相比较,铁素体系不锈钢为1,奥氏体系不锈钢为1.5,钛仅有0.45。另一方面,低成本钛合金的开发也较为活跃,其中之一就是Super-TIX系列合金的开发。其强度与延性的平衡状态如图8所示。Super-TIX系列包括Ti-Al-Fe及Ti-Fe-O-N二大合金系,Ti-Al-Fe合金群多是在已知的合金中不使用V和Mo,采用廉价的Fe来代替,适合在温度上升过程中的用途。如Super-TIX51F就是指Ti-5Al-1Fe,其拉伸强度达1000MPa,与Ti-6Al-4V相当。而Ti-Fe-O-N系合金则不能在太高的温度区使用,但因采用了廉价的Fe及氧及氮,其热加工性能优良。此合金系的代表合金为Ti-1%Fe-0.35%O-0.01%N(Super-TIX800),其拉伸强度约为800MPa,具有优良的热加工性及冷加工性。

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到目前为止,排气管及消音器多采用普通钢、不锈钢、铝合金、FRP等。这些部件属车体的大型构造部件,容易实现车的轻量化、对降低燃料费用、发动机的输出功率及提高行驶安全性均是重要的。同时因与排气直接接触,在400℃以上的高温下,比起铝合金来钛的耐热性更优良,且比强度比钢高,也容易实现轻量化。

制造排气管、消音器时必须经过冷压、弯曲等各种成形加工,要求材料必须要有好的冷成形性,最通用的就是JIS2类纯钛就有足够的成形性。除此之外,消音器为车体的外装部件,如果钛化则更新颖、更时尚。特别是钛独特的表面肌理最受市场的亲睐。在使用中钛又能变化为各种衍射色,这是钢所不能的。随着二轮车的轻量化,对输出功率及行驶安全性影响较大的排气管及消音器等采用钛的呼声较高。然而这些零件均为车体的大型零零件,材料使用重量增多了势必会影响其成品的价格,所以其价格应比发动机的价格还低。

因此我们要确保强度与生产性为重点,开发以纯钛(2类)为基的廉价钛材。纯钛允许的杂质量对机械性能影响较大。因此原材料含的杂质较多时,使用等外海绵钛的主要零件制造工艺的弯曲成形性、焊接性及零件所要求的特性值,决定了化学成分及机械性能,进尔决定了允许的杂质量,应从氧当量观点看进行管理并实用化。这些零件在2012年样品车的上使用了。lh-ti的场合,与以往的不锈钢相比,排气管1.3kg、消音器1.2kg,实现了轻量化的效果。这些车体的轻量化,有助于良好的动力性能、操作稳定性。该消音器的外缸上施以了喷丸处理,其外观漂亮。钛的弱点之一就是其抗氧化性。其氧化极限温度为排气系耐热不锈钢约为850~1050度,钛在700度附近就开始急剧氧化。今后,随着发动机的高输出功率化及新的排气制度的要求,抗氧化性的改善就成为重要的课题。

另外,为了提高意匠性的附加值,对其表面又施以喷丸处理或大气氧化等。若强调钛材所独特的表面肌理时,材料纹理的均匀性就特别重要。旭隆金属在钛建材拥有这面的高的表面控制技术,同样可活用于排气管及消音器。钛制排气管及消音器最早于1997在大型二轮的后期市场初露端睨,于1998年已搭载于大型二轮车。目前已成长为数百吨规模的大市场,搭载钛制排气管、消音器的二轮车已随处可见。即便是四轮车,在重视轻量化及设计性时也已使用了钛制排气管及消音器。

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