鈦及(ji)鈦合金具有密度(du)小、機(ji)械性(xing)(xing)能優異、生物相容性(xing)(xing)好、耐(nai)腐蝕、耐(nai)高溫(wen)、低溫(wen)韌性(xing)(xing)好等特點(dian), 目(mu)前已被(bei)大量應用(yong)于汽車制造領域。

　　鈦合金密(mi)度只有(you)鋼的(de)(de)60%, 而強度可(ke)以達到800MPa以上, 在500℃左(zuo)右仍(reng)然(ran)保(bao)持良好的(de)(de)機械性(xing)(xing)能(neng)(neng), 且焊(han)接和成形性(xing)(xing)能(neng)(neng)都(dou)較(jiao)好, 在20多年以前(qian)就(jiu)已經被應用于賽(sai)車的(de)(de)制造上, 大幅減輕了賽(sai)車發動機的(de)(de)質(zhi)量, 同(tong)時提高了發動機性(xing)(xing)能(neng)(neng)。

　　目(mu)前, 汽(qi)車(che)(che)制造中所使用的(de)鈦(tai)合金零部件(jian)主(zhu)要分布在汽(qi)車(che)(che)排氣系(xi)統(tong)、發動機系(xi)統(tong)、傳動和減振系(xi)統(tong)以及車(che)(che)體框(kuang)架部分。

　　1. 排(pai)氣系(xi)統

　　汽(qi)車排氣系統材(cai)料(liao)要求具(ju)有(you)較(jiao)好的高溫力學(xue)性(xing)能(neng)和耐S、Cl元素腐蝕(shi)性(xing)能(neng)。傳統的排氣門組件都是(shi)由不銹鋼制(zhi)備的, 但是(shi)人們發現鈦合(he)金在性(xing)能(neng)方面(mian)更加(jia)適合(he)用作排氣門材(cai)料(liao)。

　　在新型的(de)雪佛蘭Corvette Z206汽車上(shang)使(shi)用的(de)鈦制回氣管(guan), 有效地避(bi)免(mian)了(le)不銹(xiu)鋼管(guan)上(shang)出(chu)現的(de)點蝕(shi)和焊縫銹(xiu)蝕(shi)等問(wen)題, 同(tong)時(shi)還提高了(le)燃油的(de)燃燒效率(lv)和加(jia)速能力, 縮(suo)短了(le)制動距離。

　　美國最大(da)的(de)鈦材(cai)制造(zao)商(shang)Timet一(yi)直(zhi)致力(li)于(yu)鈦合金排氣系統的(de)研(yan)發與制造(zao), 日本(ben)多家公司也開展了相關的(de)研(yan)制工作(zuo), 目前, 富士重(zhong)工株式會社已經限量生產了440套鈦合金車用排氣管。

　　2. 發動(dong)機系統

　　汽車發(fa)動(dong)機(ji)系統是(shi)汽車領域使(shi)用鈦(tai)合金最多(duo)的部件，鈦(tai)合金在發(fa)動(dong)機(ji)系統上的應用主要有(you)氣(qi)門、連桿、曲(qu)軸、氣(qi)門座等零部件。

　　日本本田汽車公司在NSX賽車V-6發(fa)動機中使(shi)用了(le)鍛(duan)造鈦(tai)(tai)連桿；三菱汽車公司制造的高容(rong)量(liang)、四缸發(fa)動機中使(shi)用了(le)鈦(tai)(tai)氣(qi)門彈簧座, 保時捷汽車中也使(shi)用了(le)鈦(tai)(tai)連桿。

　　(1) 氣門(men)

　　鈦合(he)金(jin)氣(qi)(qi)門方面, 美國(guo)和(he)(he)日(ri)本(ben)都進行了(le)大量的(de)研究工作, 美國(guo)目前(qian)普遍使(shi)用Ti-6Al-4V合(he)金(jin)制(zhi)(zhi)造進氣(qi)(qi)門, 使(shi)用Ti-6Al-2Sn-4Zr-2M o合(he)金(jin)制(zhi)(zhi)造排(pai)氣(qi)(qi)門;而日(ri)本(ben)豐田公司則使(shi)用Ti-6Al-4V/Ti B合(he)金(jin)制(zhi)(zhi)備(bei)進氣(qi)(qi)門, 使(shi)用Ti-Al-Zr-Sn-Mo-Nb-Si/Ti B合(he)金(jin)制(zhi)(zhi)備(bei)排(pai)氣(qi)(qi)門。這幾類鈦合(he)金(jin)都具有較好(hao)的(de)高(gao)溫力學性能(neng)、抗(kang)(kang)氧化(hua)和(he)(he)抗(kang)(kang)蠕變性能(neng), 有效改善(shan)了(le)發動機性能(neng), 提高(gao)了(le)汽車速度。

　　(2) 氣門座

　　鈦合金氣門座(zuo)在(zai)賽車(che)(che)和運(yun)動汽車(che)(che)上已(yi)得到廣泛的應用(yong), 每年生產25萬(wan)套(tao)以(yi)上, 主要(yao)采用(yong)Ti-6Al-4V或Ti-5Al-2Cr-1Fe合金制備, 由于氣門座(zuo)形狀比較(jiao)簡單, 所(suo)以(yi)在(zai)機械加工方(fang)面要(yao)求不(bu)高(gao), 且不(bu)需要(yao)特殊的表面處理(li), 成本較(jiao)便(bian)宜, 在(zai)汽車(che)(che)減重(zhong)方(fang)面效(xiao)果明顯。

　　(3) 連桿

　　鈦(tai)合(he)金(jin)連桿的(de)(de)(de)使用能(neng)(neng)(neng)夠有效減(jian)(jian)輕發動機的(de)(de)(de)質量, 提高汽車性能(neng)(neng)(neng)。目前主要的(de)(de)(de)制(zhi)備材料為Ti-6Al-4V合(he)金(jin)。日本大同株式(shi)會社目前正在(zai)開發一種兩相鈦(tai)合(he)金(jin)Ti-3Al-2V-0.2Si-0.47Ce-0.27La, 該合(he)金(jin)具有良(liang)好的(de)(de)(de)切削性, 在(zai)力學性能(neng)(neng)(neng)、疲勞性能(neng)(neng)(neng)和耐腐蝕性方(fang)面也較為優異(yi), 期望用在(zai)發動機的(de)(de)(de)急(ji)加速(su)、急(ji)減(jian)(jian)速(su)的(de)(de)(de)連桿部件上。

　　(4) 曲(qu)軸(zhou)

　　鈦(tai)合金曲(qu)軸目前雖然沒有得到(dao)(dao)廣(guang)泛的(de)應用, 但是日本專(zhuan)門開發的(de)Ti-3Al-2.5V合金已(yi)經在本田賽車上面得到(dao)(dao)驗證, 在有效(xiao)減輕質量的(de)同時(shi), 將(jiang)發動(dong)機轉速(su)提高了700r/min, 證明了鈦(tai)合金曲(qu)軸的(de)優越性。同時(shi), 日本已(yi)經在試制Ti-5Al-2Cr-Fe合金曲(qu)軸, 期望(wang)鈦(tai)合金在曲(qu)軸部件上得到(dao)(dao)更加(jia)廣(guang)泛的(de)應用。

　　3. 減(jian)振系統

　　汽車減振(zhen)懸掛(gua)系統的(de)(de)核(he)心部件就是懸簧(huang)(huang)(huang)。鈦(tai)合金相比于一(yi)般(ban)汽車彈(dan)(dan)簧(huang)(huang)(huang)用鋼而言, 具有更(geng)高的(de)(de)比強度和(he)更(geng)低(di)的(de)(de)切變(bian)模量(liang), 抗(kang)疲勞強度也(ye)較高, 更(geng)加適(shi)合用作制造汽車減振(zhen)彈(dan)(dan)簧(huang)(huang)(huang)。由于彈(dan)(dan)簧(huang)(huang)(huang)的(de)(de)撓度和(he)圈數呈正(zheng)比, 與材料的(de)(de)切變(bian)模量(liang)呈反比, 因此, 鈦(tai)合金彈(dan)(dan)簧(huang)(huang)(huang)在(zai)達到相同彈(dan)(dan)簧(huang)(huang)(huang)反應的(de)(de)情況下, 比鋼制彈(dan)(dan)簧(huang)(huang)(huang)需要更(geng)少的(de)(de)圈數, 有效減輕了(le)彈(dan)(dan)簧(huang)(huang)(huang)質量(liang), 節約了(le)空間(jian)。

　　同時, 鈦(tai)合(he)(he)(he)金彈(dan)簧(huang)還(huan)能夠有效提高彈(dan)簧(huang)的共振(zhen)頻率(lv), 提高其使用(yong)壽(shou)命(ming)。目前(qian)大部分的鈦(tai)合(he)(he)(he)金彈(dan)簧(huang)都(dou)是用(yong)單相β鈦(tai)合(he)(he)(he)金制備。德國大眾公(gong)司(si)已經在(zai)部分汽車上使用(yong)了Lupo FSI鈦(tai)合(he)(he)(he)金齒輪彈(dan)簧(huang), 用(yong)量約為3500輛。

　　4. 車體框架

　　車(che)(che)(che)體框架部(bu)件方面, 鈦(tai)合金較高的(de)(de)比強度(du), 較低(di)的(de)(de)密度(du)以及(ji)良好(hao)(hao)的(de)(de)耐蝕(shi)性能, 都說明其是良好(hao)(hao)的(de)(de)車(che)(che)(che)體框架制(zhi)備材(cai)料。目前(qian), 已經有汽車(che)(che)(che)公司(si)在(zai)車(che)(che)(che)檔支(zhi)架、制(zhi)動器卡鉗(qian)活塞(sai)等部(bu)件上使用鈦(tai)合金。變(bian)速(su)器部(bu)件中, 日本目前(qian)正在(zai)開發一種高旋壓成型(xing)法制(zhi)備鈦(tai)合金外殼(ke)(ke)的(de)(de)工(gong)藝, 與鋼制(zhi)外殼(ke)(ke)相(xiang)比, 鈦(tai)合金外殼(ke)(ke)更好(hao)(hao)地(di)減輕飛輪(lun)的(de)(de)沖擊, 緩沖效果更好(hao)(hao)。

　　另外, 鈦合(he)金(jin)(jin)還(huan)在汽(qi)車緊固件等部件上得到了(le)應(ying)(ying)用, 隨著鈦合(he)金(jin)(jin)制備工藝和汽(qi)車工業的(de)不斷發(fa)展(zhan), 鈦合(he)金(jin)(jin)必將(jiang)在汽(qi)車零部件上得到更多的(de)應(ying)(ying)用。

　　5. 鈦合金對(dui)汽車(che)輕(qing)量化(hua)的(de)意義

　　國外研究機構測算(suan)發現, 當汽車整備質量(liang)(liang)下(xia)降(jiang)10%, 油耗可(ke)降(jiang)低6%~8%。還有研究表(biao)明(ming), 汽車每(mei)減重91kg, 平(ping)均每(mei)升燃油可(ke)多行駛0.43km。因(yin)此, 隨(sui)著我國經濟的(de)(de)不斷發展(zhan), 汽車保有量(liang)(liang)的(de)(de)不斷增加, 汽車輕量(liang)(liang)化已經成(cheng)為減少(shao)能源消耗, 降(jiang)低空(kong)氣污(wu)染的(de)(de)重要途徑之(zhi)一。

　　鈦(tai)(tai)(tai)及鈦(tai)(tai)(tai)合金材料因其出色的(de)物理化(hua)學性(xing)(xing)能, 目(mu)前在(zai)汽(qi)車零部(bu)件中的(de)到了大量(liang)應用(yong)。鈦(tai)(tai)(tai)材料的(de)使用(yong)不僅有(you)效提(ti)高了汽(qi)車的(de)性(xing)(xing)能和安全系(xi)數, 還在(zai)汽(qi)車輕量(liang)化(hua)方面發揮了重要(yao)作用(yong), 有(you)效減輕了汽(qi)車整備質量(liang), 降低了燃油消耗。

　　汽車排氣(qi)系統(tong)采用鈦制尾噴管-回(hui)氣(qi)管組件相(xiang)比于傳統(tong)不銹(xiu)鋼系統(tong), 大約(yue)能夠減重8.2kg。而發動機零部(bu)件中氣(qi)門、連桿等部(bu)件使用鈦合金制品替代傳統(tong)鋼和(he)鑄鐵材料都能夠有效減輕發動機質量。

　　根(gen)據日本汽車(che)行業的研究, 汽車(che)動力閥使用約0.8kg的鈦材料零件相當(dang)于20kg鋼制零件所達(da)到的效果;每一個鈦制氣門座相比于鋼制氣門座能夠減(jian)輕10g左右的質量;連桿和曲軸用于鈦合金, 對減(jian)輕發動機質量最為(wei)有效。

　　減(jian)(jian)振(zhen)系統(tong)上(shang)面, 每(mei)個(ge)鈦(tai)合金(jin)彈簧(huang)(huang)可比鋼(gang)制彈簧(huang)(huang)減(jian)(jian)輕60%以(yi)上(shang)的(de)質量, 以(yi)每(mei)輛車4個(ge)懸(xuan)簧(huang)(huang)計算, 換(huan)用(yong)鈦(tai)合金(jin)彈簧(huang)(huang)之后, 每(mei)輛車可減(jian)(jian)重9~13.6kg。另外, 鈦(tai)合金(jin)消(xiao)音器(qi)的(de)質量只有(you)5~6kg, 比不銹鋼(gang)消(xiao)音器(qi)輕了40%。

　　以普通中型轎車(che)為(wei)例(li), 如果用現(xian)有的(de)(de)(de)鈦合(he)金汽車(che)零(ling)件替換掉傳統(tong)的(de)(de)(de)零(ling)件, 汽車(che)整(zheng)備質量將由原來的(de)(de)(de)1500kg左右減(jian)重至1000kg左右, 減(jian)重率可(ke)達30%, 綜合(he)油(you)耗可(ke)降低20%以上, 這將大(da)大(da)減(jian)少全世(shi)界的(de)(de)(de)燃油(you)消耗, 有效緩解能源緊(jin)缺和環境污染(ran)的(de)(de)(de)問題。

　　以(yi)上數據(ju)顯(xian)示, 鈦(tai)合(he)金(jin)的(de)(de)使用(yong)(yong)在汽(qi)(qi)車(che)輕量化(hua)方面效果明顯(xian), 在現代汽(qi)(qi)車(che)工(gong)業中, 應不斷開發(fa)鈦(tai)及鈦(tai)合(he)金(jin)在汽(qi)(qi)車(che)零部(bu)件中的(de)(de)應用(yong)(yong)技術, 提高鈦(tai)合(he)金(jin)在汽(qi)(qi)車(che)上的(de)(de)應用(yong)(yong)比例。

　　目前鈦合(he)金(jin)在我國汽車行(xing)業中(zhong)的(de)應(ying)用(yong)還只(zhi)是(shi)處于嘗(chang)試(shi)階(jie)段。存在的(de)主要問題(ti)是(shi)鈦合(he)金(jin)材料(liao)成(cheng)本過高, 零部件不易加工等。

　　因(yin)此, 未來的主要任務應該是通過開發廉價的鈦(tai)合金(jin)材(cai)料, 降低鈦(tai)合金(jin)原材(cai)料的生產成本等方式, 降低鈦(tai)合金(jin)零部(bu)件價格(ge), 通過改善加工工藝提高鈦(tai)合金(jin)零部(bu)件的加工效率。

　　國外(wai)的經驗表(biao)明, 只有(you)汽車設計制造(zao)方和鈦(tai)合金研(yan)制方聯合, 才能為汽車提(ti)供更(geng)加優質的鈦(tai)合金材料(liao)。

　　相信隨著研發(fa)工(gong)(gong)(gong)作的(de)不(bu)斷深入(ru), 鈦及(ji)鈦合金在我(wo)國的(de)現代汽車工(gong)(gong)(gong)業中必將發(fa)揮越(yue)來越(yue)重要的(de)作用, 推(tui)動汽車工(gong)(gong)(gong)業的(de)不(bu)斷發(fa)展(zhan)。