鈦(tai)及鈦(tai)合金具有(you)密度小、機(ji)械性能優(you)異、生物相容性好、耐腐蝕、耐高溫(wen)、低溫(wen)韌性好等特(te)點(dian), 目前已被大量應用(yong)于汽(qi)車制造(zao)領域。

　　鈦(tai)合金密度只(zhi)有鋼的60%, 而強度可以達(da)到(dao)800MPa以上, 在500℃左右仍(reng)然保(bao)持良(liang)好的機(ji)械性能, 且焊接和成形性能都較好, 在20多年(nian)以前就(jiu)已(yi)經被應(ying)用于(yu)賽(sai)車的制造上, 大幅減輕了賽(sai)車發動機(ji)的質量(liang), 同時提高了發動機(ji)性能。

　　目前, 汽(qi)車(che)制造中所使用的(de)鈦(tai)合金零部件主(zhu)要(yao)分(fen)布在汽(qi)車(che)排(pai)氣系統(tong)、發(fa)動機系統(tong)、傳動和(he)減振系統(tong)以及車(che)體框架部分(fen)。

　　1. 排氣系統

　　汽車(che)排氣系統材(cai)(cai)料要求具有較好的(de)高溫力學(xue)性(xing)能和耐S、Cl元素腐蝕性(xing)能。傳統的(de)排氣門組件都是(shi)由不銹鋼制備的(de), 但(dan)是(shi)人們發現鈦合金在性(xing)能方(fang)面(mian)更加(jia)適合用作排氣門材(cai)(cai)料。

　　在(zai)新型的雪佛蘭Corvette Z206汽車上(shang)使(shi)用的鈦(tai)制(zhi)回氣(qi)管(guan), 有效(xiao)(xiao)地避免了(le)不銹鋼管(guan)上(shang)出現的點蝕和焊縫(feng)銹蝕等問題(ti), 同時還提高了(le)燃(ran)油的燃(ran)燒效(xiao)(xiao)率和加速(su)能力, 縮短了(le)制(zhi)動距離。

　　美國最大(da)的鈦(tai)(tai)材制(zhi)造(zao)商(shang)Timet一直(zhi)致力(li)于鈦(tai)(tai)合(he)金(jin)排(pai)氣系統的研發與制(zhi)造(zao), 日本(ben)多家公司(si)也開展了(le)相關的研制(zhi)工作(zuo), 目(mu)前, 富士重工株式會(hui)社已經限(xian)量生產了(le)440套鈦(tai)(tai)合(he)金(jin)車用排(pai)氣管。

　　2. 發(fa)動機系統

　　汽(qi)車發動機(ji)系(xi)統(tong)是汽(qi)車領(ling)域使用鈦合(he)金最(zui)多的(de)部件(jian)(jian)，鈦合(he)金在發動機(ji)系(xi)統(tong)上(shang)的(de)應用主要有氣門、連(lian)桿(gan)、曲軸、氣門座等零部件(jian)(jian)。

　　日本本田汽(qi)(qi)車公(gong)司(si)在(zai)NSX賽車V-6發動機中使用(yong)了(le)(le)鍛造鈦連桿(gan)；三(san)菱汽(qi)(qi)車公(gong)司(si)制(zhi)造的(de)高容量、四缸發動機中使用(yong)了(le)(le)鈦氣門彈簧座, 保時捷(jie)汽(qi)(qi)車中也使用(yong)了(le)(le)鈦連桿(gan)。

　　(1) 氣門(men)

　　鈦(tai)合(he)(he)金氣(qi)(qi)(qi)門(men)方面, 美國和日(ri)本都進行了大量的研究工作, 美國目前(qian)普遍使(shi)用(yong)Ti-6Al-4V合(he)(he)金制造進氣(qi)(qi)(qi)門(men), 使(shi)用(yong)Ti-6Al-2Sn-4Zr-2M o合(he)(he)金制造排氣(qi)(qi)(qi)門(men);而日(ri)本豐田(tian)公(gong)司則使(shi)用(yong)Ti-6Al-4V/Ti B合(he)(he)金制備進氣(qi)(qi)(qi)門(men), 使(shi)用(yong)Ti-Al-Zr-Sn-Mo-Nb-Si/Ti B合(he)(he)金制備排氣(qi)(qi)(qi)門(men)。這(zhe)幾類鈦(tai)合(he)(he)金都具(ju)有較好的高溫力學性能、抗氧化和抗蠕變(bian)性能, 有效改善了發動機性能, 提高了汽車速度。

　　(2) 氣門座

　　鈦合金氣(qi)門座(zuo)在賽車(che)和(he)運動(dong)汽(qi)車(che)上(shang)已得(de)到廣泛的應用, 每年生產25萬套(tao)以(yi)上(shang), 主要(yao)采(cai)用Ti-6Al-4V或Ti-5Al-2Cr-1Fe合金制(zhi)備, 由于氣(qi)門座(zuo)形狀比較簡單, 所(suo)以(yi)在機(ji)械加工方面(mian)(mian)要(yao)求不(bu)高, 且(qie)不(bu)需要(yao)特殊的表面(mian)(mian)處理(li), 成本(ben)較便(bian)宜, 在汽(qi)車(che)減重(zhong)方面(mian)(mian)效果明顯。

　　(3) 連(lian)桿

　　鈦合(he)金連(lian)桿的(de)(de)使用能(neng)夠(gou)有效(xiao)減輕發(fa)動機(ji)的(de)(de)質(zhi)量(liang), 提高(gao)汽車性(xing)能(neng)。目(mu)(mu)前(qian)(qian)主要的(de)(de)制備材料為Ti-6Al-4V合(he)金。日本大同株式會社目(mu)(mu)前(qian)(qian)正在開發(fa)一種(zhong)兩(liang)相鈦合(he)金Ti-3Al-2V-0.2Si-0.47Ce-0.27La, 該合(he)金具有良(liang)好的(de)(de)切削性(xing), 在力學性(xing)能(neng)、疲勞性(xing)能(neng)和(he)耐腐蝕性(xing)方面也較為優異, 期望(wang)用在發(fa)動機(ji)的(de)(de)急(ji)加速、急(ji)減速的(de)(de)連(lian)桿部件(jian)上。

　　(4) 曲(qu)軸

　　鈦合(he)(he)(he)金(jin)曲軸(zhou)目前雖然沒有(you)得(de)(de)到廣(guang)泛的(de)應用(yong)(yong), 但是日本專門(men)開發的(de)Ti-3Al-2.5V合(he)(he)(he)金(jin)已經在本田(tian)賽車上(shang)面得(de)(de)到驗證, 在有(you)效減輕(qing)質量的(de)同(tong)(tong)時, 將發動機(ji)轉速提高了(le)700r/min, 證明了(le)鈦合(he)(he)(he)金(jin)曲軸(zhou)的(de)優越(yue)性。同(tong)(tong)時, 日本已經在試制Ti-5Al-2Cr-Fe合(he)(he)(he)金(jin)曲軸(zhou), 期望鈦合(he)(he)(he)金(jin)在曲軸(zhou)部件上(shang)得(de)(de)到更(geng)加廣(guang)泛的(de)應用(yong)(yong)。

　　3. 減(jian)振系統

　　汽(qi)(qi)車減振懸(xuan)掛系統的核心(xin)部件就是懸(xuan)簧。鈦(tai)合金相(xiang)比(bi)(bi)于一般汽(qi)(qi)車彈(dan)簧用(yong)鋼而(er)言, 具有更高(gao)的比(bi)(bi)強度(du)和更低的切變模量(liang), 抗疲勞強度(du)也較高(gao), 更加適(shi)合用(yong)作制造汽(qi)(qi)車減振彈(dan)簧。由于彈(dan)簧的撓度(du)和圈(quan)(quan)數呈正(zheng)比(bi)(bi), 與材(cai)料的切變模量(liang)呈反比(bi)(bi), 因此(ci), 鈦(tai)合金彈(dan)簧在達到相(xiang)同彈(dan)簧反應的情(qing)況下, 比(bi)(bi)鋼制彈(dan)簧需要(yao)更少的圈(quan)(quan)數, 有效減輕了(le)彈(dan)簧質(zhi)量(liang), 節約了(le)空間(jian)。

　　同時, 鈦合(he)(he)金(jin)彈(dan)簧(huang)還能夠有效提(ti)高(gao)彈(dan)簧(huang)的(de)共振頻(pin)率, 提(ti)高(gao)其使(shi)(shi)用(yong)(yong)(yong)壽命(ming)。目(mu)前大(da)部(bu)分的(de)鈦合(he)(he)金(jin)彈(dan)簧(huang)都是用(yong)(yong)(yong)單相β鈦合(he)(he)金(jin)制備。德國大(da)眾公司已經在部(bu)分汽車(che)上(shang)使(shi)(shi)用(yong)(yong)(yong)了Lupo FSI鈦合(he)(he)金(jin)齒輪彈(dan)簧(huang), 用(yong)(yong)(yong)量約為(wei)3500輛。

　　4. 車體(ti)框(kuang)架(jia)

　　車(che)體框(kuang)架(jia)部(bu)件(jian)方面, 鈦合(he)(he)(he)金(jin)較(jiao)高的(de)(de)比(bi)強度, 較(jiao)低(di)的(de)(de)密度以及良好(hao)的(de)(de)耐蝕性能, 都說明其是良好(hao)的(de)(de)車(che)體框(kuang)架(jia)制(zhi)備材料(liao)。目前(qian), 已(yi)經(jing)有汽(qi)車(che)公(gong)司在車(che)檔支(zhi)架(jia)、制(zhi)動器卡鉗活塞(sai)等部(bu)件(jian)上(shang)使(shi)用鈦合(he)(he)(he)金(jin)。變(bian)速器部(bu)件(jian)中, 日本目前(qian)正在開發一種(zhong)高旋壓成型法制(zhi)備鈦合(he)(he)(he)金(jin)外殼的(de)(de)工藝, 與鋼制(zhi)外殼相(xiang)比(bi), 鈦合(he)(he)(he)金(jin)外殼更好(hao)地減(jian)輕(qing)飛(fei)輪的(de)(de)沖擊, 緩沖效果更好(hao)。

　　另外, 鈦合(he)金(jin)(jin)還(huan)在汽車緊固(gu)件等部件上(shang)得(de)到了應用, 隨著鈦合(he)金(jin)(jin)制備工(gong)藝和(he)汽車工(gong)業的不斷(duan)發展, 鈦合(he)金(jin)(jin)必將在汽車零部件上(shang)得(de)到更多的應用。

　　5. 鈦合(he)金(jin)對汽(qi)車輕量化的意義

　　國(guo)外研(yan)究機構測算(suan)發現, 當汽車整備質量(liang)下降10%, 油耗可降低6%~8%。還有(you)研(yan)究表(biao)明, 汽車每(mei)(mei)減重91kg, 平均每(mei)(mei)升燃(ran)油可多(duo)行駛0.43km。因(yin)此, 隨著我國(guo)經(jing)濟的(de)不斷發展(zhan), 汽車保(bao)有(you)量(liang)的(de)不斷增加, 汽車輕量(liang)化已(yi)經(jing)成為減少能源消耗, 降低空氣污染(ran)的(de)重要途徑之(zhi)一。

　　鈦及鈦合金材料因(yin)其出色的(de)物理(li)化(hua)學性(xing)能, 目前在(zai)汽(qi)(qi)車(che)零部(bu)件中的(de)到(dao)了大(da)量(liang)應(ying)用(yong)。鈦材料的(de)使用(yong)不僅有效(xiao)提高了汽(qi)(qi)車(che)的(de)性(xing)能和安全系(xi)數, 還在(zai)汽(qi)(qi)車(che)輕(qing)量(liang)化(hua)方(fang)面(mian)發揮了重(zhong)要作用(yong), 有效(xiao)減輕(qing)了汽(qi)(qi)車(che)整備(bei)質量(liang), 降低了燃油消耗(hao)。

　　汽車排氣系統采用(yong)鈦制尾(wei)噴(pen)管(guan)(guan)-回氣管(guan)(guan)組(zu)件相比于(yu)傳統不銹鋼系統, 大約能夠減重8.2kg。而(er)發動機零部件中氣門、連桿(gan)等部件使(shi)用(yong)鈦合金制品替代傳統鋼和鑄(zhu)鐵材料都能夠有效減輕(qing)發動機質量。

　　根據日(ri)本(ben)汽(qi)(qi)車行業的研(yan)究, 汽(qi)(qi)車動力(li)閥(fa)使用約0.8kg的鈦材(cai)料零(ling)件(jian)相當于20kg鋼(gang)制(zhi)(zhi)零(ling)件(jian)所達到(dao)的效果;每一個鈦制(zhi)(zhi)氣(qi)門座相比于鋼(gang)制(zhi)(zhi)氣(qi)門座能(neng)夠減輕10g左(zuo)右的質量;連桿和曲軸用于鈦合(he)金, 對減輕發動機質量最為有效。

　　減(jian)振系(xi)統上面(mian), 每個鈦合(he)金(jin)彈(dan)簧(huang)可比鋼制彈(dan)簧(huang)減(jian)輕60%以上的(de)質(zhi)(zhi)量, 以每輛車4個懸簧(huang)計算, 換用鈦合(he)金(jin)彈(dan)簧(huang)之后, 每輛車可減(jian)重(zhong)9~13.6kg。另外, 鈦合(he)金(jin)消音器的(de)質(zhi)(zhi)量只有5~6kg, 比不(bu)銹鋼消音器輕了40%。

　　以(yi)(yi)普通中型轎車為例, 如(ru)果用現有的(de)鈦(tai)合金汽車零件(jian)替換(huan)掉傳(chuan)統(tong)的(de)零件(jian), 汽車整(zheng)備質量將(jiang)(jiang)由(you)原來(lai)的(de)1500kg左右減重至1000kg左右, 減重率可達30%, 綜合油耗(hao)可降低20%以(yi)(yi)上, 這(zhe)將(jiang)(jiang)大大減少(shao)全(quan)世界的(de)燃(ran)油消耗(hao), 有效緩解能源緊缺(que)和環(huan)境污染的(de)問題。

　　以上數據顯示(shi), 鈦(tai)合(he)金的使用在汽(qi)車輕量(liang)化方(fang)面效果明顯, 在現代汽(qi)車工(gong)業中, 應不(bu)斷(duan)開發鈦(tai)及(ji)鈦(tai)合(he)金在汽(qi)車零部件中的應用技術(shu), 提高(gao)鈦(tai)合(he)金在汽(qi)車上的應用比(bi)例。

　　目前(qian)鈦(tai)(tai)合金(jin)在我(wo)國汽車行業(ye)中的應用還只是(shi)處于嘗試(shi)階段。存在的主要(yao)問(wen)題是(shi)鈦(tai)(tai)合金(jin)材(cai)料成(cheng)本過高, 零(ling)部件不易(yi)加工等。

　　因(yin)此, 未來的主要任務應(ying)該是通過開發廉(lian)價的鈦合(he)(he)金(jin)材料, 降低鈦合(he)(he)金(jin)原材料的生產成本等方式, 降低鈦合(he)(he)金(jin)零部件價格, 通過改善(shan)加工(gong)(gong)工(gong)(gong)藝提(ti)高鈦合(he)(he)金(jin)零部件的加工(gong)(gong)效率。

　　國外(wai)的經驗表明, 只有汽車(che)設計制(zhi)造方和鈦(tai)合金(jin)研制(zhi)方聯合, 才能為汽車(che)提(ti)供更(geng)加優(you)質的鈦(tai)合金(jin)材料(liao)。

　　相信(xin)隨(sui)著(zhu)研(yan)發工(gong)作的不(bu)斷(duan)深入, 鈦及鈦合(he)金在我國的現代汽車工(gong)業(ye)中(zhong)必將發揮越來(lai)越重要的作用, 推動汽車工(gong)業(ye)的不(bu)斷(duan)發展。