Wraz z rozwojem przemysłu samochodowego w ostatnich latach, światowa produkcja i posiadanie samochodów rosło z dnia na dzień. W 2009 r. chiński przemysł motoryzacyjny rozwijał się szybko, z ponad 13 milionami pojazdów wyprodukowanych i sprzedanych, wyprzedzając Stany Zjednoczone i Japonię, stając się wiodącym światowym producentem i sprzedawcą samochodów. Chociaż samochody sprawiają, że podróżowanie jest wygodniejsze, powodują również trzy kluczowe problemy: zużycie paliwa, ochronę środowiska i bezpieczeństwo. Zmniejszone zużycie paliwa i zanieczyszczenie są szczególnie ważne z punktu widzenia zrównoważonego rozwoju. Według danych światowych autorytetów, masa samochodu pochłania około 60 procent benzyny wykorzystywanej w samochodach. Każde 10 procent redukcji masy samochodu zmniejsza emisję o 10 procent, a zużycie paliwa o 7 procent. Jak widać, zmniejszenie ciężaru i lekkość samochodów są skutecznymi technikami osiągania wyżej wymienionych celów.
Istnieją dwie podstawowe techniki uzyskiwania lekkich pojazdów: optymalizacja konstrukcji ramy pojazdu i wykorzystanie lekkich materiałów w produkcji samochodów. Obecnie stopy lekkie stosowane w samochodach składają się głównie z aluminium, magnezu, stopu tytanu i innych metali.
Stop tytanu to nowatorski materiał konstrukcyjny i funkcjonalny o dobrych właściwościach ogólnych, niskiej gęstości i wysokiej wytrzymałości właściwej. Tytan ma gęstość 4,51g/cm3, czyli pomiędzy aluminium (2,7g/cm3) a żelazem (7,6g/cm3). Stop tytanu ma większą wytrzymałość właściwą niż stop aluminium i stal, a jego wytrzymałość jest równoważna stali. Odporność na korozję tytanu i stopu tytanu jest dobra, lepsza niż stal nierdzewna, szczególnie odporność na erozję jonową chlorku w środowisku morskim i dobrą korozję odporność w atmosferze utleniającej, przy szerszej temperaturze roboczej stopu tytanu, stop tytanu w niskiej temperaturze w 253 stopniach może zachować dobrą plastyczność, a temperatura pracy żaroodpornego stopu tytanu może osiągnąć 550 stopni, jego odporność na ciepło jest znacznie poprawiona. Ma jednocześnie dobrą wydajność przetwarzania i spawania.
Od czasu przemysłowej produkcji tytanu, wysoka wydajność tytanu i stopu tytanu wzbudziła zainteresowanie różnych najnowocześniejszych gałęzi przemysłu. Titanium dołączył do przemysłu motoryzacyjnego w połowie-1950, wraz z rozwojem przemysłu tytanowego. W obliczu globalnego niedoboru energii i rosnącej świadomości ludzi w zakresie ochrony środowiska, szczególnie w przemyśle samochodowym, Stany Zjednoczone, Japonia i Europa wydały w latach 90. szereg przepisów ekologicznych, stawiając wyższe wymagania dotyczące efektywności paliwowej, emisji CO2, masy pojazdu redukcja, bezpieczeństwo pojazdu, niezawodność i tak dalej. Wiele bogatych krajów i znanych producentów samochodów aktywnie rozwija i zwiększa inwestycje w badania nad tytanem w motoryzacji. Jest to potężne źródło zasilania tytanu w samochodach. W nowym stuleciu przemysł tytanowy naszego kraju stopniowo wkroczył do branży motoryzacyjnej.
Wraz z rosnącym popytem na luksusowe samochody, samochody sportowe i samochody wyścigowe we współczesnym przemyśle motoryzacyjnym, komponenty z tytanu również rosną z roku na rok. Światowy rynek tytanu dla samochodów wynosił tylko około 50 ton/rok w 1990 roku, 500 ton/rok w 1997, 1100 ton/rok w 2002 i 3000 ton/rok w 2009 roku. .
Części tytanowe stosowane w samochodach
Zastosowanie tytanu w samochodach dzieli się przede wszystkim na dwie kategorie: pierwsza służy do zmniejszenia masy części tłokowych silników spalinowych (nawet kilka gramów redukcji masy jest ważne dla części tłokowych silników spalinowych); drugi służy do zmniejszenia całkowitej masy samochodu. Tytan jest stosowany przede wszystkim w komponentach silnika i podwozia w samochodach nowej generacji ze względu na właściwości konstrukcyjne i materiałowe. Z tytanu można wytwarzać zawory, sprężyny zaworowe, gniazda sprężyn zaworowych, korbowody i inne elementy układu silnika; główne elementy podwozia obejmują między innymi sprężyny, układy wydechowe, półosie i elementy złączne.
Poza punktami opisanymi powyżej są to: elementy silnika wahacz, sprężyna zawieszenia, sworzeń tłoka, wirnik turbosprężarki, łączniki, nakrętki ucha montażowego, wspornik zderzaka pojazdu, belka rozrywająca drzwi, tłok zacisku hamulcowego, sworzeń sworznia, tarcza sprzęgła, ciśnienie płyta, przycisk zmiany prędkości i tak dalej.
Metody obniżania kosztów stopu tytanu
Chociaż tytan i stopy tytanu weszły do branży motoryzacyjnej już w latach 50. XX wieku, rozwój przebiegał stosunkowo wolno. Głównym tego powodem jest czynnik kosztowy; w celu zaspokojenia potrzeb przemysłu samochodowego z tytanem, przemysłu tytanowego w wytopie, przetwórstwie, produkcji i innych aspektach dużej ilości pracy. Aby sprostać wymaganiom przemysłu motoryzacyjnego.
Metaliczny tytan ma wysoką temperaturę topnienia, aktywne właściwości chemiczne, a O, H, N, C i inne pierwiastki mają silne powinowactwo chemiczne, co utrudnia ekstrakcję czystego tytanu. Gąbka tytanowa jest wytwarzana techniką redukcji magnezu Kroll, która jest powszechnie stosowana w przemyśle. Proces produkcji gąbki tytanowej metodą redukcji magnezu Kroll jest trudny, charakteryzuje się wysokim zużyciem energii, długim cyklem i nie może być wytwarzany w sposób ciągły. Jednocześnie jako środek redukujący wymagana jest znaczna ilość metalicznego magnezu, co wiąże się z wysokimi kosztami wytwarzania.
Wysoki koszt pierwiastków stopowych to kolejny czynnik przyczyniający się do wysokich kosztów stopów tytanu. Tytan w procesie produkcji, przetwarzania wytwarzany w narożniku materiałów resztkowych, resztek odpadów i innych materiałów resztkowych po serii obróbki jako wsad do pieca, w celu uzyskania produkcji recyklingowej, jest skutecznym sposobem na obniżenie kosztów surowców wraz z postępem tytanu technologia wytapiania. Praktyka pokazuje, że na każdy 1 procent pozostałego tytanu koszt produkcji wlewka tytanowego można obniżyć o 0,8 procent. Dzięki zastosowaniu dużej ilości wsadu z recyklingu w piecach z zimnym złożem z wiązką elektronów i w piecach z zimnym złożem z wiązką plazmy w przypadku wytapiania można zwiększyć stopień metalurgiczny wlewka tytanowego, a koszt wlewka można skutecznie obniżyć.
Zmniejsz koszty przetwarzania
Koszty przetwarzania, które stanowią ponad 60 procent całkowitych kosztów, są przedmiotem badań mających na celu cięcie kosztów w wielu krajach. Produkcja części tytanowych jest nie tylko złożona, ale w trakcie całego procesu generuje również ogromne ilości tytanu, a cykl produkcyjny jest wydłużony, co zwiększa koszty produkcji części. Jego szersze zastosowanie jest utrudnione. Odlewanie to tradycyjna (prawie) siatkowa metoda formowania. Części są produkowane z minimalną obróbką lub bez obróbki, co pozwala zaoszczędzić znaczną ilość metalu. Odlewy mogą często wytwarzać elementy o skomplikowanych kształtach, które w przeciwnym razie byłyby wytwarzane innymi tradycyjnymi metodami o skomplikowanych procedurach i znacznych kosztach produkcji, szczególnie w przypadku tytanu, który jest dość kosztownym elementem. Odlewy tytanowe są obecnie często wykorzystywane w sektorze lotniczym. Metoda odlewania jest wykorzystywana w sektorze motoryzacyjnym do wytwarzania elementów takich jak zawory i urządzenia do podwyższania ciśnienia w turbinach. Metalurgia proszków, jako najnowocześniejsza technika współczesnej metalurgii i obróbki materiałów, ma kluczowe znaczenie dla przemysłu tytanowego. Stosując metalurgię proszków TITANIUM w pobliżu technologii MOLDING, gotowy produkt lub komponenty zbliżone wymiarami do gotowego produktu mogą być bezpośrednio wytwarzane, zmniejszając zużycie surowca, skracając cykl produkcyjny i obniżając koszty od 20 do 50 procent w porównaniu z konwencjonalną metoda.W przemyśle motoryzacyjnym szczególnie ważna jest metalurgia proszków tytanu w pobliżu technologii formowania. W Japonii części do metalurgii proszków samochodowych są szeroko stosowane w silnikach i skrzyniach biegów, w tym korbowodach, siedzeniach, zaworach, kołach pasowych, piastach zębatych synchronizacji, pierścieniach synchronizacyjnych i tak dalej. W chwili obecnej badania nad metalurgią proszków tytanu znajdują się w fazie szybkiego rozwoju, koncentrując się na następujących aspektach: po pierwsze, technologia przygotowania proszku tytanowego o wysokiej jakości i niskim koszcie oraz jego uprzemysłowienie; po drugie, popularyzacja technologii przygotowania i zastosowania technologii metalurgii proszków tytanu w przemyśle samochodowym.
Ponadto, zgodnie z modelem komputerowym, technologia formowania laserowego (zintegrowana technologia laserowa, technologia CAD/CAM i najnowsze osiągnięcia w technologii materiałowej) może bezpośrednio wykorzystywać proszek stopowy, a nie raz ukształtowane złożone części końcowe, części tytanowe wytwarzane między wydajnością odlewania a kucia, a koszt jest zmniejszony o 15 do 30 procent , czas dostawy skrócony o 50 do 75 procent . Technologia formowania wtryskowego proszku metalowego (MIM) to szybko rozwijająca się technologia niemetalurgii proszków formowania bliskiego do zera, zdolna do wytwarzania skomplikowanych komponentów o wysokiej jakości i wysokiej precyzji, która jest uważana za jeden z najbardziej korzystnych aspektów nowoczesnej technologii formowania.
Technologia powlekania tytanem to kolejna rewolucyjna metoda, która może obniżyć ceny. Widać, że aby obniżyć cenę materiałów tytanowych, musimy zacząć od dwóch aspektów: opracowania nowego systemu niskokosztowego stopu oraz usprawnienia procesu produkcyjnego, aby rozwiązać problem ograniczenia tytanu do samochodów w realnego sensu cen materiałów tytanowych i uczynienie tytanu do samochodów bardziej konkurencyjnym i obiecującym.
