发布日期：2016-8-7 16:50:56
随着生活水平和钛制造工艺的提高，大家对汽车性能要求越来越高，轻量化、低能耗和低排放是汽车发展的趋势。汽车材料的改进是轻量化的可行方法，要想实现低能耗和低排放，就需要加大高端轻型材质的研发。轻质材料、金属基复合材料及陶瓷等新材料的使用在一定程度上决定了汽车的发展趋势，是汽车技术发展的重要方面。 钛及钛合金作为结构功能性材料，是汽车实现轻量化和高性能、高功能的理想选材。随着钛工业的发展，钛材终将在汽车领域占据重要地位。汽车用钛市场潜力巨大，前景广阔。
钛合金卓越的性能，使其在赛车、特种车辆及家用轿车上具有巨大的潜在应用空间—包括引擎/传动系统和车身/底盘。对于减轻车身重量、提升汽车性能方面，钛合金具有其他合金或者不锈钢无法替代的优点。
汽车用钛常被提及的技术问题包括耐磨性、低杨氏模量及难制造加工。对于第一个技术问题，可以通过涂层与强化来解决，第二个技术问题可以通过强化来解决，而第三个技术问题可以通过近净成形技术和选择相近的工艺参数来解决。可见技术问题不是难以克服，而首要的问题是相较于钢材和铝材，钛材的成本较高，这是由于钛矿较高成本的开采及更复杂的处理过程所造成的。因此钛工业面临的首要挑战是如何通过降低钛的提取及制造成本从而降低钛零部件的价格。
常用钛制标准零部件
奥迪R8赛车材料分布比例
钛合金在汽车制造领域的应用
钛合金是一种新型结构及功能材料，具有优异的综合性能，主要优点是密度小、比强度高。钛的密度为4.51 克/厘米3，介于铝（2.7 克/ 厘米3）和铁(7.6克/ 厘米3) 之间。钛合金的比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, 能抵抗氯离子的侵蚀；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，钛合金还具有良好的加工性、焊接性能。 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（对于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，新一代汽车上钛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。
钛合金在汽车上的潜在应用
钛合金在汽车发动机上的应用
钛合金在汽车零部件上的应用
钛合金在汽车的具体应用
1、发动机
动力传动装置的核心是内燃发动机。内燃机往复运动式零件和转动式零件的质量严重地影响燃油是否节约。
汽车内燃机往复运动式零件和转动式零件
发动机的连杆对材料的强度、疲劳性能、刚度( 特别是大头端) 及耐磨性能都有严格的要求, 而钛的强度和疲劳性能更适合制造这些零件。钛连杆质量的减轻, 结合以质轻的活塞和活塞销, 使噪声、震颤、车身跳动明显减轻, 改善了发动机的工作性能。同时, 这些零件如果用钛制造,还可以提高发动机的工作温度。 活塞销要求材料具有一定的强度、耐磨性能、高刚度和耐高温, 目前最佳选择是密度低、高温强度高、生产成本相对不高的金属间化合物γ-TiAl。 对更高速度的发动机而言, 其气门传动机构也以使用抗蠕度、抗氧化的钛材为宜。尤其是使用γ-铝化钛作气门弹簧, 除 减轻质量, 还可将发动机速度提高10%。
日本丰田汽车公司率先在中型家庭轿车Altezza上使用了钛发动机气门。
γ-TiAl用于高速发动机，从而减少阀门振动
2、制动系统
钛的低导热系数和较差耐磨性阻碍了钛在汽车刹车盘上的使用；但是由于钛优良的耐腐蚀性能使其在制动管路连接法兰密封圈及刹车导向销上有所应用，钛的低导热系数可以用来保护刹车液。
3、车体框架部分
为了提高汽车的安全性和可靠性，需要从设计、制造上，尤其是材料方面考虑。钛不仅具备高的比强度、同时具备良好的韧性，使之更坚固，是制做车体框架的良好材料。在日本，汽车制造商们采用纯钛焊接管制作框架，这类框架给驾车者足够的安全感。
4、排气系统
主要由排气管和排气消音器形成的排气系统也是适于使用钛的领域。钛在汽车排气系统的用量较大，用钛及合金制作的排气系统不仅可以大大延长使用寿命，提高可靠性，外形美观，同时还可提高燃料效率，减重效果明显；与钢制排气系统相比，钛制排气系统可以减重约40％。
钛消音器只有5-6 千克，比不锈钢消音器轻很多。日本本田等四家公司采用了钛制消音器用于大型汽车和个别中型汽车上。使用的钛材主要为工业纯钛。
钛制排气系统
5、钛弹簧
钛及钛合金弹性模量低，σs/E 比值大，适合制作弹性元件。与钢制汽车弹簧相比，在相同弹性功能的前提下，钛弹簧的高度仅为钢弹簧的40%，便于车体设计，其重量减轻60%~70%。钛合金优异的疲劳性能和耐蚀性可大大提高钛弹簧的使用寿命。
钛尾轴弹簧
6、螺栓和紧固件
用钛制螺栓和紧固件代替传统的钢制螺栓和紧固件，可有效减轻重量。这种类型的钛零件可以用相对较低的成本粉末冶金技术来生产。
采用粉末冶金技术生产的Ti-6Al-4V汽车紧固件