Ces dernières années, avec le développement rapide de l'industrie automobile, des problèmes tels que la consommation de carburant, la protection de l'environnement et la sécurité ont de plus en plus attiré l'attention du public. Pour l'avenir, l'orientation future de l'industrie automobile se concentrera sur la légèreté, la réduction de la consommation de carburant et la baisse des émissions. Selon les statistiques d'organisations internationales faisant autorité, 60% de l'énergie de la combustion de carburant dans les voitures est consommée par le poids du véhicule. Bien que les plaques en acier mince à haute résistance, l'aluminium, le magnésium, les composites de la matrice métallique et les résines plastiques aient déjà joué un rôle dans la réduction du poids du véhicule, l'émergence de matériaux industriels en titane a fourni une meilleure option pour la fabrication automobile.
Titanium Metal offre des avantages tels que une faible densité, une résistance spécifique élevée et une excellente résistance à la corrosion. L'utilisation du titane dans les automobiles peut réduire considérablement le poids du véhicule, réduire la consommation de carburant, améliorer l'efficacité du moteur et améliorer les performances environnementales tout en réduisant le bruit. Cependant, le coût élevé des alliages de titane a limité leur application principalement aux voitures de luxe et de sport, avec une utilisation rare dans les véhicules ordinaires. Par conséquent, la recherche et le développement d'alliages de titane à faible coût qui répondent aux demandes du marché est essentiel pour promouvoir leur application dans les véhicules grand public.
Applications actuelles des alliages de titane dans l'industrie automobile
Bien que les alliages de titane soient largement utilisés dans les industries aérospatiales, pétrochimiques et de construction navale, leur application dans l'industrie automobile a été lente. À partir de la première voiture entièrement entitane développée par General Motors en 1956, les composants automobiles en titane n'ont atteint les niveaux de production de masse que dans les années 1980. Dans les années 1990, avec la demande croissante de voitures de luxe, de voitures de sport et de voitures de course, les composants en titane ont connu un développement rapide. L'utilisation mondiale de titane automobile n'était que de 50 tonnes en 1990, augmentée à 500 tonnes en 1997, 1 100 tonnes en 2002 et 3, 000 tonnes en 2009. Il devrait dépasser 5, 000} tonnes d'ici 2015. Actuellement, les composants de Titanium suivants sont couramment utilisés:
Bielle de connexion du moteur:
Les alliages de titane sont un choix idéal pour les biels de connexion. Les bielles de connexion en titane peuvent réduire efficacement le poids du moteur, améliorer l'efficacité énergétique et réduire les émissions. Par rapport aux tiges en acier, les tiges de titane peuvent réduire le poids de 15% –2 0%. Les applications incluent les moteurs NSX de Ferrari 3,5 L et ACURA. Les matériaux communs incluent ti -6 al -4 v, ti -10 v -2 fe -3 al, ti -3 al -2. 0v, et Ti -4 al -4 mo-sn -0. 5si.
Vannes de moteur:
Les vannes en titane réduisent le poids, prolongent la durée de vie, la baisse de la consommation de carburant et améliorent la fiabilité. Par rapport aux vannes en acier, les vannes en titane peuvent réduire le poids de 30% à 40% et augmenter la vitesse du moteur de 20%. Les matériaux communs incluent Ti -6 al -4 v pour les vannes d'admission et Ti -6242 pour les vannes d'échappement. Les autres alliages prometteurs incluent Ti -62 et -tial.
Retails à ressort de valve:
La résistance à la résistance élevée et à la fatigue est essentielle pour les dispositifs de retenue à ressort de valve. Les alliages bêta titane, tels que ti -15 v -3 cr -3 al -3 sn et ti -15 mo -3 al -2. Mitsubishi a utilisé Ti -22 v -4 al retenants, réduisant le poids de 42%.
Titanium Springs:
Les alliages de titane ont un module élastique inférieur à l'acier, ce qui les rend adaptés aux composants élastiques. Titanium Springs est de 30% à 40% plus léger que les ressorts en acier et offrent une meilleure fatigue et une résistance à la corrosion. Les matériaux communs incluent ti -4. 5fe -6. 8mo -1. 5al et ti -13 v -11 cr -3 al.
Turbocompresseurs:
Les turbocompresseurs améliorent l'efficacité et la puissance du moteur. Les rotors de la turbine nécessitent une résistance à la chaleur élevée, que fournissent les alliages de titane comme Tial. Les modèles d'évolution de Mitsubishi Lancer ont réussi à commercialiser des rotors de turbine tial.
Systèmes d'échappement et silencieux:
Le titane est largement utilisé dans les systèmes d'échappement pour améliorer la fiabilité, prolonger la durée de vie, réduire le poids et améliorer l'efficacité énergétique. Les systèmes d'échappement en titane sont 40% plus légers que les systèmes en acier. Le titane pur industriel est couramment utilisé.
Cadres corporels:
La force et la ténacité spécifiques du Titanium le rendent adapté aux cadres corporels. Au Japon, les tubes soudés en titane pur sont utilisés pour améliorer la sécurité et la fiabilité.
Autres composants:
Le titane est également utilisé dans les bras de culbuteur en moteur, les ressorts de suspension, les épingles de piston, les attaches, les poutres de porte, les pistons de l'étrier de frein et les plaques d'embrayage.
Avantages des alliages de titane
Léger: Réduit le poids du véhicule et améliore l'efficacité énergétique.
Force spécifique élevée: Améliore les performances et la sécurité.
Résistance à la corrosion: Prolonge la durée de vie des composants.
Réduction du bruit et des vibrations: Améliore le confort de conduite.
Limites des alliages de titane
Coût élevé: La principale obstacle à une utilisation généralisée dans l'industrie automobile.
Formabilité et soudabilité: Défis de fabrication et de traitement.
Recherche sur les alliages de titane automobile
Les recherches actuelles se concentrent sur la réduction des coûts:
Systèmes en alliage à faible coût: Développer des alliages avec des éléments peu coûteux comme Fe, Cr, SI et Al.
Technologies de traitement avancées: Forge à froid et métallurgie de poudre (par exemple, moulage par injection de métal) pour réduire les coûts de fabrication.
Conclusion
La prochaine génération de conception automobile met l'accent sur la consommation de carburant réduite, réduite, le bruit inférieur et les vibrations minimisées pour répondre aux exigences environnementales strictes. Dans ce contexte, le titane est sur le point de devenir un choix de matériau majeur pour les futurs véhicules. Pour réduire davantage les coûts, la recherche devrait se concentrer sur:
Développer des systèmes d'alliages à faible coût avec une utilisation minimale d'éléments coûteux.
Avocation des technologies de forgeage et de formation à froid pour les alliages bêta du titane.
Améliorer les techniques de métallurgie de la poudre pour améliorer les performances et réduire les coûts.
À mesure que l'économie augmente et que les coûts de titane diminuent, davantage d'ingénieurs choisiront le titane pour les composants automobiles, renforçant son rôle important dans l'industrie automobile.
