تطبيق سبائك التيتانيوم في صناعة السيارات خفيفة الوزن

تتميز سبائك التيتانيوم والتيتانيوم بخصائص الكثافة المنخفضة ، والخصائص الميكانيكية الممتازة ، والتوافق الحيوي الجيد ، ومقاومة التآكل ، ومقاومة درجات الحرارة العالية ، والمتانة الجيدة في درجات الحرارة المنخفضة. في الوقت الحاضر ، تم استخدامها على نطاق واسع في صناعة السيارات. تبلغ كثافة سبائك التيتانيوم 60٪ فقط من كثافة الفولاذ ، ويمكن أن تصل القوة إلى أكثر من 800 ميجا باسكال. لا يزال يحتفظ بخصائص ميكانيكية جيدة عند حوالي 500 درجة مئوية ، وخصائص اللحام والتشكيل جيدة. تم استخدامه في صناعة سيارات السباق منذ أكثر من 20 عامًا. تقليل جودة محرك السباق بشكل كبير ، مع تحسين أداء المحرك.

في الوقت الحاضر ، يتم توزيع مكونات سبائك التيتانيوم المستخدمة في صناعة السيارات بشكل أساسي في أنظمة عادم السيارات وأنظمة المحرك وأنظمة تقليل الاهتزاز ونقل الحركة وأجزاء هيكل السيارة.

1. نظام العادم

مواد نظام عادم السيارات مطلوبة للحصول على خصائص ميكانيكية جيدة لدرجات الحرارة العالية ومقاومة لتآكل عنصر S و Cl. مكونات صمام العادم التقليدية مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ ، ولكن وجد أن سبائك التيتانيوم أكثر ملاءمة لمواد صمام العادم من حيث الأداء.

يتجنب أنبوب إرجاع التيتانيوم المستخدم في سيارة شفروليه كورفيت Z206 الجديدة بشكل فعال التآكل الناجم عن التنقر وتآكل اللحام على أنبوب الفولاذ المقاوم للصدأ ، مع تحسين كفاءة احتراق الوقود والقدرة على التسارع ، وتقصير مسافة الكبح.

Timet ، أكبر مصنع للتيتانيوم في الولايات المتحدة ، قد التزمت بالبحث والتطوير وتصنيع أنظمة عادم سبائك التيتانيوم ، كما قامت العديد من الشركات اليابانية بإجراء أبحاث وتطوير ذات صلة. في الوقت الحاضر ، أنتجت شركة Fuji Heavy Industries Co.، Ltd. عددًا محدودًا من 440 مجموعة من أنظمة عادم المركبات المصنوعة من سبائك التيتانيوم. ةقصبة الهوائية.

2. نظام المحرك

نظام محرك السيارات هو الجزء الأكثر استخدامًا من سبائك التيتانيوم في مجال السيارات. يشمل تطبيق سبائك التيتانيوم في نظام المحرك بشكل أساسي الصمام وقضيب التوصيل والعمود المرفقي ومقعد الصمام وأجزاء أخرى.

اليابان&# 39 ؛ شركة هوندا موتور تستخدم قضبان ربط مزورة من التيتانيوم في محرك سباق NSX V-6. تستخدم Mitsubishi Motors مقاعد زنبركية لصمام التيتانيوم في محركات عالية السعة بأربع أسطوانات ، كما تستخدم سيارات بورش أيضًا قضبان توصيل من التيتانيوم.

(1) صمام

فيما يتعلق بصمامات سبائك التيتانيوم ، أجرت الولايات المتحدة واليابان الكثير من الأعمال البحثية. في الوقت الحاضر ، تستخدم الولايات المتحدة عمومًا سبيكة Ti-6Al-4V لصنع صمامات السحب وسبائك Ti-6Al-2Sn-4Zr-2M o لصنع صمامات العادم ؛ بينما في اليابان ، تستخدم تويوتا سبيكة Ti-6Al-4V / Ti B لصمام السحب وسبائك Ti-Al-Zr-Sn-Mo-Nb-Si / Ti B لصمام العادم. تتمتع جميع هذه الأنواع من سبائك التيتانيوم بخصائص ميكانيكية جيدة لدرجات الحرارة العالية ومقاومة الأكسدة ومقاومة الزحف ، مما يحسن أداء المحرك بشكل فعال ويسرع المركبات.

(2) مقعد الصمام

تم استخدام مقاعد الصمام المصنوعة من سبائك التيتانيوم على نطاق واسع في سيارات السباق والرياضة. يتم إنتاج أكثر من 250000 مجموعة كل عام. وهي مصنوعة بشكل أساسي من سبيكة Ti-6Al-4V أو Ti-5Al-2Cr-1Fe. نظرًا لأن شكل مقعد الصمام بسيط نسبيًا ، يتم استخدامه في متطلبات التشغيل الآلي ليست عالية ، ولا تتطلب معالجة خاصة للسطح ، والتكلفة رخيصة نسبيًا ، والتأثير واضح في تقليل وزن السيارة.

(3) ربط قضيب

يمكن أن يؤدي استخدام قضبان التوصيل المصنوعة من سبائك التيتانيوم إلى تقليل جودة المحرك بشكل فعال وتحسين أداء السيارة. في الوقت الحاضر ، مادة التحضير الرئيسية هي سبيكة Ti-6Al-4V. تقوم شركة Japan Daido Co.، Ltd. حاليًا بتطوير سبيكة تيتانيوم ثنائية الطور Ti-3Al-2V-0.2Si-0.47Ce-0.27La ، والتي تتمتع بآلية جيدة وخصائص ميكانيكية ممتازة وخصائص التعب ومقاومة التآكل. ، من المتوقع أن يتم استخدامه في أجزاء قضيب التوصيل للمحرك التي تتسارع وتتباطأ بسرعة.

(4) العمود المرفقي

على الرغم من أن أعمدة الكرنك المصنوعة من سبائك التيتانيوم لم يتم استخدامها على نطاق واسع في الوقت الحالي ، إلا أن سبيكة Ti-3Al-2.5V التي طورتها اليابان خصيصًا قد تم التحقق منها في سيارات السباق من هوندا. مع تقليل الجودة بشكل فعال ، تمت زيادة سرعة المحرك بمقدار 700 لفة / دقيقة ، مما يثبت أن التيتانيوم يتفوق في العمود المرفقي المصنوع من السبائك. في الوقت نفسه ، تمتلك اليابان أعمدة مرفقية مصنوعة من سبيكة Ti-5Al-2Cr-Fe تم إنتاجها تجريبيًا ، ومن المتوقع أن يتم استخدام سبائك التيتانيوم على نطاق واسع في مكونات العمود المرفقي.

3. نظام التخميد

المكون الأساسي لنظام تعليق تخميد السيارات هو زنبرك التعليق. بالمقارنة مع الفولاذ الزنبركي للسيارات العامة ، فإن سبائك التيتانيوم لديها قوة محددة أعلى ومعامل قص أقل ، وقوة إجهاد أعلى ، مما يجعلها أكثر ملاءمة لتصنيع نوابض تخميد السيارات. نظرًا لأن انحراف الزنبرك يتناسب طرديًا مع عدد المنعطفات ويتناسب عكسيًا مع معامل القص للمادة ، فإن زنبرك سبائك التيتانيوم يتطلب دورات أقل من زنبرك فولاذي بشرط تحقيق نفس استجابة الزنبرك ، مما يقلل بشكل فعال من جودة الربيع. ، احفظ المسافه.

في نفس الوقت ، يمكن لنابض سبائك التيتانيوم أن يزيد بشكل فعال من تردد الرنين للنابض ويزيد من عمر الخدمة. في الوقت الحاضر ، معظم نوابض سبائك التيتانيوم مصنوعة من سبيكة تيتانيوم أحادية الطور. استخدمت شركة فولكس فاجن الألمانية نوابض تروس من سبيكة تيتانيوم Lupo FSI في بعض السيارات ، وبلغت الكمية حوالي 3500.

4. هيكل الجسم

فيما يتعلق بمكونات هيكل السيارة ، تشير القوة النوعية الأعلى والكثافة المنخفضة والمقاومة الجيدة للتآكل لسبائك التيتانيوم إلى أنها مادة جيدة لإعداد إطارات هيكل السيارة. في الوقت الحاضر ، استخدمت بعض شركات السيارات سبائك التيتانيوم في أجزاء مثل أقواس التروس ومكابس الفرجار. من بين مكونات ناقل الحركة ، تقوم اليابان حاليًا بتطوير عملية غزل عالية لتحضير أغلفة سبائك التيتانيوم. بالمقارنة مع الأغلفة الفولاذية ، يمكن لأغلفة سبائك التيتانيوم أن تقلل بشكل أفضل من تأثير دولاب الموازنة ويكون لها تأثير توسيد أفضل.

بالإضافة إلى ذلك ، تم استخدام سبائك التيتانيوم أيضًا في مثبتات السيارات والمكونات الأخرى. مع التطور المستمر لتكنولوجيا تحضير سبائك التيتانيوم وصناعة السيارات ، من المؤكد أن سبائك التيتانيوم ستستخدم على نطاق واسع في قطع غيار السيارات.

5. أهمية سبائك التيتانيوم لخفة وزن السيارات

حسبت مؤسسات البحث الأجنبية ووجدت أنه عندما تنخفض جودة خدمة السيارة&بنسبة 10٪ ، يمكن تقليل استهلاك الوقود بنسبة 6٪ إلى 8٪. أظهرت الدراسات أيضًا أنه مقابل كل 91 كجم من فقدان الوزن ، يمكن السفر بمعدل 0.43 كيلومتر لكل لتر من الوقود. لذلك ، مع التطور المستمر لاقتصاد بلدي والزيادة المستمرة في عدد السيارات ، أصبحت السيارات خفيفة الوزن إحدى الطرق المهمة لتقليل استهلاك الطاقة وتقليل تلوث الهواء.

تُستخدم مواد التيتانيوم وسبائك التيتانيوم حاليًا على نطاق واسع في قطع غيار السيارات نظرًا لخصائصها الفيزيائية والكيميائية الممتازة. لا يؤدي استخدام مواد التيتانيوم إلى تحسين الأداء وعامل الأمان في السيارة بشكل فعال فحسب ، بل يلعب أيضًا دورًا مهمًا في وزن السيارة الخفيف ، مما يقلل بشكل فعال من جودة خدمة السيارة&وتقليل استهلاك الوقود .

بالمقارنة مع نظام الفولاذ المقاوم للصدأ التقليدي ، يتم استخدام مجموعة أنابيب إرجاع فوهة عادم التيتانيوم في نظام عادم السيارات ، والذي يمكن أن يقلل الوزن بحوالي 8.2 كجم. يمكن أن يؤدي استخدام منتجات سبائك التيتانيوم لاستبدال مواد الفولاذ والحديد الزهر التقليدية في أجزاء المحرك مثل الصمامات وقضبان التوصيل إلى تقليل جودة المحرك بشكل فعال.

وفقًا لبحث صناعة السيارات اليابانية ، فإن استخدام حوالي 0.8 كجم من مادة التيتانيوم لصمامات طاقة السيارات يعادل تأثير 20 كجم من الأجزاء الفولاذية ؛ يمكن أن يقلل كل مقعد صمام من التيتانيوم من وزن حوالي 10 جرام مقارنة بمقعد الصمام الفولاذي ؛ حتى القضبان وأعمدة الكرنك تستخدم في سبائك التيتانيوم ، وهي الأكثر فعالية لتقليل كتلة المحرك.

في نظام التخميد الاهتزازي ، يمكن لكل زنبرك من سبائك التيتانيوم أن يقلل الكتلة بأكثر من 60٪ مقارنة بالزنبركات الفولاذية. استنادًا إلى 4 نوابض تعليق لكل مركبة ، بعد التغيير إلى نوابض مصنوعة من سبائك التيتانيوم ، يمكن لكل مركبة تقليل الوزن بمقدار 9 ~ 13.6 كجم. بالإضافة إلى ذلك ، فإن كتلة كاتم صوت سبائك التيتانيوم هي 5 ~ 6kg فقط ، وهي أخف بنسبة 40٪ من كاتم العادم المصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ.

بأخذ سيارة عادية متوسطة الحجم كمثال ، إذا تم استخدام أجزاء السيارة المصنوعة من سبائك التيتانيوم لتحل محل الأجزاء التقليدية ، فسيتم تقليل وزن السيارة&# 39 ؛ من حوالي 1500 كجم إلى حوالي 1000 كجم ، مما يؤدي إلى تقليل الوزن يمكن أن يصل المعدل إلى 30٪ ، ويمكن تقليل استهلاك الوقود الإجمالي بنسبة 20٪. أعلاه ، سيقلل هذا بشكل كبير من استهلاك الوقود في العالم ، ويخفف بشكل فعال مشاكل نقص الطاقة والتلوث البيئي.

تظهر البيانات أعلاه أن استخدام سبائك التيتانيوم له تأثير كبير في تقليل وزن السيارات. في صناعة السيارات الحديثة ، يجب تطوير تكنولوجيا تطبيق سبائك التيتانيوم والتيتانيوم في أجزاء السيارات بشكل مستمر لزيادة نسبة سبائك التيتانيوم في السيارات.

في الوقت الحاضر ، لا يزال تطبيق سبائك التيتانيوم في صناعة السيارات في بلدي&في المرحلة التجريبية. المشكلة الرئيسية هي أن تكلفة مواد سبائك التيتانيوم مرتفعة للغاية ، ومن الصعب معالجة الأجزاء.

لذلك ، يجب أن تكون المهمة الرئيسية في المستقبل هي تقليل سعر أجزاء سبائك التيتانيوم من خلال تطوير مواد رخيصة من سبائك التيتانيوم ، وتقليل تكلفة إنتاج المواد الخام لسبائك التيتانيوم ، وتحسين كفاءة معالجة أجزاء سبائك التيتانيوم من خلال تحسين تكنولوجيا المعالجة.

أظهرت التجربة الأجنبية أن الجمع بين تصميم السيارات وتصنيعها والبحث والتطوير لسبائك التيتانيوم فقط يمكن أن يوفر مواد سبائك التيتانيوم عالية الجودة للسيارات.

من المعتقد أنه مع التعميق المستمر للبحث والتطوير ، ستلعب سبائك التيتانيوم والتيتانيوم دورًا متزايد الأهمية في صناعة السيارات الحديثة في بلدي وتعزز التطوير المستمر لصناعة السيارات.

نيكول