鈦及鈦合金具有密度小、機械性能優(yōu)異、生物相容性好、耐腐蝕、耐高溫、低溫韌性好等特點，目前已被大量應(yīng)用干航空航天、船舶、汽車制造、醫(yī)療器械和運動器械等領(lǐng)域。

鈦合金密度只有鋼的60％ ，而強度可以達到800MPa以上，在500℃左右仍然保持良好的機械性能， 且焊接和成形性能都較好，在20多年以前就已經(jīng)被應(yīng)用于賽車的制造上，大幅減輕了賽車發(fā)動機的質(zhì)量，同時提高了發(fā)動機性能。隨著現(xiàn)代汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，人們對汽車的安全、舒適以及油耗等方面提出了更高的要求，這也促使鈦及鈦合金在汽車工業(yè)中得到更多的應(yīng)用。

鈦合金在汽車上的應(yīng)用

目前，汽車制造中所使用的鈦合金零部件主要分布住汽車排氣系統(tǒng)、發(fā)動機系統(tǒng)、傳動和減振系統(tǒng)以及車體框架部分。

1、排氣系統(tǒng)

汽車排氣系統(tǒng)材料要求具有較好的高溫力學(xué)性能和耐S、Cl元素腐蝕性能。傳統(tǒng)的排氣門組件都是由不銹鋼制備的，但是人們發(fā)現(xiàn)鈦合金在性能方面更加適合用作排氣門材料。在新型的雪佛蘭CorvetteZ206汽車上使用的鈦制回氣管，有效地避免了不銹鋼管上出現(xiàn)的點蝕和焊縫銹蝕等問題，同時還提高了燃油的燃燒效率和加速能力，縮短了制動距離。美國最大的鈦材制造商Timet一直致力于鈦合金排氣系統(tǒng)的研發(fā)與制造，日本多家公司也開展了相關(guān)的研制工作，目前，富士重工株式會社已經(jīng)限量生產(chǎn)了440套鈦合金車用排氣管。

2、發(fā)動機系統(tǒng)

汽車發(fā)動機系統(tǒng)是汽車領(lǐng)域使用鈦合金最多的部件。旱在20多年前，美國賽車手手Warren Johnson首次使用裝備五氣門增壓式804cc發(fā)動機的質(zhì)量只有85kg的賽車參賽，由于發(fā)動機轉(zhuǎn)速由7 500r/min提高到了9 000r/min， 因此在1993年舉行的7次比賽中5次奪冠。鈦合金在發(fā)動機系統(tǒng)上的應(yīng)用主要有氣門、連桿、曲軸、氣門座等零部件。日本本田汽車公司在NSX賽車V一6發(fā)動機中使用了鍛造鈦連桿；三菱汽車公司制造的高容量、四缸發(fā)動機中使用了鈦氣門彈簧座，保時捷汽車中也使用了鈦連桿。

1）氣門

鈦合金氣門方面，美國和日本都進行了大量的研究工作，美國目前普遍使用Ti一6Al一4V合金制造進氣門，使用Ti—6Al—2Sn一4Zr—2Mo合金制造排氣門；而日本豐田公司則使用Ti一6Al—4V/TiB合金制備進氣門，使用Ti—Al一Zr—Sn—Mo-Nb—Si/TiB合金制備排氣門。這幾類鈦合金都具有較好的高溫力學(xué)性能、抗氧化和抗蠕變性能，有效改善了發(fā)動 機性能，提高了汽車速度。

2）氣門座

鈦合金氣門座在賽車和運動汽車上已得到廣泛的應(yīng)用，每年生產(chǎn)25萬套以上， 主要采用Ti一6Al一4V或Ti一5Al—2Cr一1Fe合金制備，由于氣門座形狀比較簡單，所以在機械加工方面要求不高，且不需要特殊的表面處理，成本較為便宜，但在汽車減重方面效果明顯。

3）連桿

鈦合金連桿的使用能夠有效減輕發(fā)動機的質(zhì)量 ，提斷汽車性能。目前主要的制備材料為Ti一6Al-4V合金。日本大同株式會社目前正在開發(fā)一種兩項鈦合金Ti一3Al一2V一0.2S i一0.47Ce一0.27La，該合金具有良好的切削性， 在力學(xué)性能、疲勞性能和抗耐腐蝕性方面也較為優(yōu)異， 期望用在發(fā)動機的急加速、急減速的連桿部件上。

(4)曲軸

鈦合金曲軸目前然沒有得到廣泛的使用，似是日本專門開發(fā)的Ti一3Al一2.5V合金已經(jīng)在本田賽車上面得到驗 ，在有效減輕質(zhì)量的同時，將發(fā)動機轉(zhuǎn)速提高了700r/min，證明了鈦合金曲軸的優(yōu)越。同時，日本已經(jīng) 在試制Ti一5Al一2Cr一Fe合金曲軸，期望鈦合金金在曲軸部件上得到更加廣泛的應(yīng)用。

3、減振系統(tǒng)

汽車減振懸掛系統(tǒng)的核心部件就是懸簧。鈦合金相比于一般汽車彈簧用鋼而言，具有更高的比強度和更低的的切變模 量，抗疲勞強度也較高，更加適合用作制造汽車減振彈簧。由于彈簧的撓度和圈數(shù)呈正比，與材料的切變模最反比，此，鈦合金彈簧在達到相同彈簧反應(yīng)的情 況下，比鋼制彈簧需要更少的圈數(shù)，有效減輕了彈簧質(zhì)最，節(jié)約了空間。同時，鈦合金彈簧還能夠有效提高彈簧的共振頻頻率，提高其使用壽命。目前大部分的鈦合金彈簧是用單相β合金制制備。德國大眾公司已經(jīng)在部分汽車上使用Lupo FSI鈦合金齒輪彈簧，用量約為3500輛。

4、車體框架

車體框架部件 ，鐵合金較高的比強度，較低的密度以及良好的耐蝕性能，都說明其是良好的車體框架制備材料。目前，已經(jīng)有汽車公司在車檔支架、制動器卡鉗活塞等部件使用鈦合金。變速器部件中， 日本目前正在開發(fā)種高旋壓成型法制備鈦合金外殼的工藝，與鋼制外殼相比，鈦合金外殼更好地減輕飛輪的沖擊, ，緩沖效果更好。

另外，鈦合金還存汽車緊固件等部件上得到了應(yīng)用，隨著鈦合金制備工藝和汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，鈦合金必將在汽車零部件上得到更多的應(yīng)用。

鈦合金對汽車輕量化的意義

國外研究機構(gòu)測算發(fā)現(xiàn)，當(dāng)汽車整備質(zhì)量下降10％，油耗可降低6％～8％。還有研究表明，汽車每減重91kg，平均每升燃油可多行駛0.43km。因此，隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，汽車保有量的不斷增加，汽車輕量化已經(jīng)成為減少能源消牦，降低空氣污染的重要途徑之一。

鈦及鈦合金材料因其出色的物理化學(xué)性能，目前在汽車零部件中得到了大量應(yīng)用。鈦材料的使用不僅有效提高了汽車的性能和安全系數(shù)，還在汽車輕量化方面發(fā)揮了重要作用，有效減輕了汽車整備質(zhì)量，降低了燃油消耗。

汽車排氣系統(tǒng)采用鈦制尾噴管一同氣管組件相比于傳統(tǒng)不銹鋼系統(tǒng)，大約能夠減重8.2kg。 而發(fā)動機零部件中氣門、連桿等部件使川用鈦合金制品替代傳統(tǒng)鋼和鑄鐵材料都 能夠有效減輕發(fā)動機質(zhì)量。根據(jù)日本汽車行業(yè)的研究，汽車動力閥使用約0.8kg鈦材料零件相當(dāng)20kg鋼制零件所達到的效果；每個鈦制氣門座卡相比于鋼制氣門座能夠減輕10g左右的質(zhì)量；連桿和曲軸用于鈦合金，對減輕發(fā)動機質(zhì)量最為有效。減振系統(tǒng)上面，每個鈦合金彈簧可比鋼制彈簧減輕60％以上的質(zhì)量，以每輛車4個懸簧計算，換用鐵鈦合金彈簧之后，每輛車可減重9～13.6kg。 另外，鈦合金消音器的質(zhì)量只有5～6kg，比不銹鋼消音器輕了40％。以普通中型轎車為例，如果用現(xiàn)有的鈦合金汽車零件替換掉傳統(tǒng)的零件，汽車整備質(zhì)量將由原求的1 500kg／左右減重至1000kg左右，減重率可達30％，綜合油耗可降低20％以上 ，這將大大減少全世界的燃油消耗，有效緩解能源緊缺和環(huán)境污染的問題。

以上數(shù)掂顯示，鈦合金的使用在汽車輕量化方面效果明顯，在現(xiàn)代汽車工業(yè)中，應(yīng)不斷開發(fā)鈦及鈦合金在汽車零部件中的應(yīng)用技術(shù)，提高鈦合金在汽車上的應(yīng)用比例。

結(jié)論

目前鈦合金在我國汽車行業(yè)中的應(yīng)用還 是處于嘗試階段。仔在的主要問題是鐵合金材料成本過高，零部件不易加工等。因此，未來的主要任務(wù)應(yīng)該是通過開發(fā)廉價的鈦合金材料，降低鈦合金原材料的生產(chǎn)成術(shù)等方式，降低鈦合金零部件價格，通過改善加工上藝提高鈦合金零部件的加工效率。國外的經(jīng)作用，推動汽車工業(yè)的不斷發(fā)展。

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