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钛及钛合金在汽车上的应用

钛及钛合金在汽车上的应用

近年来,随着汽车工业的发展,世界汽车产量和保有量与日俱增。2009年我国汽车产业突飞猛进,汽车产销量超过1300余万辆,超过美、日成为世界汽车产销第一大国。汽车在给人们出行带来方便的同时也产生了油耗、环保、安全三大问题。着眼于可持续发展考虑,降低燃油消耗和减少排放污染显得尤为迫切。据国际权威部门统计汽车所用燃料约60%消耗于汽车自重。汽车每减轻10%的重量,废气排放量可减少10%,可降低油耗7%。由此可见,汽车减重、轻量化是实现上述目标的有效措施。实现汽车轻量化的途径主要有两种:一是优化汽车框架结构;另一个是在汽车制造上采用轻质材料。目前汽车上使用的轻合金主要有铝、镁、钛合金等金属。

 

钛合金在汽车上的应用及特点

钛合金是一种新型结构及功能材料,它具有优异的综合性能,密度小,比强度高。钛的密度为4.51g/cm3,介于铝(2.7g/cm3)和铁(7.6g/cm3)之间。钛合金的强度高于铝合金和钢,韧性也与钢铁相当。钛及钛合金抗蚀性能好,优于不锈钢,特别是在海洋大气环境中抵抗氯离子的侵蚀和微氧化气氛下耐蚀性好,钛合金的工作温度较宽,低温钛合金在-253还能保持良好的塑性,而耐热钛合金的工作温度可达550左右,其耐热性明显高于铝合金和镁合金。同时具有良好的加工性、焊接性能。

钛及钛合金优异的性能自钛工业化生产以来就倍受各尖端行业关注,伴随着钛行业的起步,在20世纪50年代中期,钛材进入了汽车工业。步入90年代,随着世界性能源短缺及人们环保意识的加强,尤其是汽车工业,美国、日本和欧洲等国先后颁布了系列生态法规,对燃油利用率,CO2排放量、汽车减重、汽车的安全性、可靠性等提出了更高的要求。许多发达国家和著名的汽车制造商都积极开发并增加在汽车用钛方面的研究投入。为汽车用钛提供了强大动力。进入新世纪,我国钛工业也逐步步入汽车领域。

在当前汽车市场上,随着豪华汽车、跑车和赛车需求逐年增加,钛制零部件亦逐年增加。1990年全球汽车用钛仅为50/年左右,1997年为500/年,2002年为1100/年,2009年为3000/年。由此可见,汽车行业用钛材进入加速阶段。

 

汽车中使用的钛制零部件

钛在汽车上的用途主要分两大类,第一类是用来减少内燃机往复运动件的质量(对作往复运动的内燃机零件来讲,即使减少几克质量都是重要的);第二类是用来减少汽车总质量。根据设计和材料特性,钛在新一代汽车上主要分布在发动机元件和底盘部件上。在发动机系统,钛可制作阀门、阀簧、阀簧承座和连杆等部件;在底盘部件主要为弹簧、排气系统、半轴和紧固件等。

据资料介绍,除了上述所举重点外,还有:发动机部件的摇臂、悬簧、活塞销、涡轮增压器转子、紧固件、挂耳螺帽、车挡支架、门突入梁、制动器卡钳活塞、销轴栓、离合器圆板、压力板、变速按钮等等。

  

宝鸡市海兵钛镍有限责任公司科研部提供