鈦及鈦合金具有密度小、機(jī)械性能優(yōu)異、生物相容性好、耐腐蝕、耐高溫、低溫韌性好等特點(diǎn), 目前已被大量應(yīng)用于汽車制造領(lǐng)域。鈦合金密度只有鋼的60%, 而強(qiáng)度可以達(dá)到800MPa以上, 在500℃左右仍然保持良好的機(jī)械性能, 且焊接和成形性能都較好, 在20多年以前就已經(jīng)被應(yīng)用于賽車的制造上, 大幅減輕了賽車發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)量, 同時(shí)提高了發(fā)動(dòng)機(jī)性能。

       目前, 汽車制造中所使用的鈦合金零部件主要分布在汽車排氣系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)、傳動(dòng)和減振系統(tǒng)以及車體框架部分。

       1. 排氣系統(tǒng)

       汽車排氣系統(tǒng)材料要求具有較好的高溫力學(xué)性能和耐S、Cl元素腐蝕性能。傳統(tǒng)的排氣門組件都是由不銹鋼制備的, 但是人們發(fā)現(xiàn)鈦合金在性能方面更加適合用作排氣門材料。

       在新型的雪佛蘭Corvette Z206汽車上使用的鈦制回氣管, 有效地避免了不銹鋼管上出現(xiàn)的點(diǎn)蝕和焊縫銹蝕等問題, 同時(shí)還提高了燃油的燃燒效率和加速能力, 縮短了制動(dòng)距離。

       美國(guó)最大的鈦材制造商Timet一直致力于鈦合金排氣系統(tǒng)的研發(fā)與制造, 日本多家公司也開展了相關(guān)的研制工作, 目前, 富士重工株式會(huì)社已經(jīng)限量生產(chǎn)了440套鈦合金車用排氣管。

       2. 發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)

        汽車發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)是汽車領(lǐng)域使用鈦合金最多的部件，鈦合金在發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)上的應(yīng)用主要有氣門、連桿、曲軸、氣門座等零部件。

       日本本田汽車公司在NSX賽車V-6發(fā)動(dòng)機(jī)中使用了鍛造鈦連桿；三菱汽車公司制造的高容量、四缸發(fā)動(dòng)機(jī)中使用了鈦氣門彈簧座, 保時(shí)捷汽車中也使用了鈦連桿。

       (1) 氣門

       鈦合金氣門方面, 美國(guó)和日本都進(jìn)行了大量的研究工作, 美國(guó)目前普遍使用Ti-6Al-4V合金制造進(jìn)氣門, 使用Ti-6Al-2Sn-4Zr-2M o合金制造排氣門;而日本豐田公司則使用Ti-6Al-4V/Ti B合金制備進(jìn)氣門, 使用Ti-Al-Zr-Sn-Mo-Nb-Si/Ti B合金制備排氣門。這幾類鈦合金都具有較好的高溫力學(xué)性能、抗氧化和抗蠕變性能, 有效改善了發(fā)動(dòng)機(jī)性能, 提高了汽車速度。

       (2) 氣門座

       鈦合金氣門座在賽車和運(yùn)動(dòng)汽車上已得到廣泛的應(yīng)用, 每年生產(chǎn)25萬套以上, 主要采用Ti-6Al-4V或Ti-5Al-2Cr-1Fe合金制備, 由于氣門座形狀比較簡(jiǎn)單, 所以在機(jī)械加工方面要求不高, 且不需要特殊的表面處理, 成本較便宜, 在汽車減重方面效果明顯。

       (3) 連桿

       鈦合金連桿的使用能夠有效減輕發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)量, 提高汽車性能。目前主要的制備材料為Ti-6Al-4V合金。日本大同株式會(huì)社目前正在開發(fā)一種兩相鈦合金Ti-3Al-2V-0.2Si-0.47Ce-0.27La, 該合金具有良好的切削性, 在力學(xué)性能、疲勞性能和耐腐蝕性方面也較為優(yōu)異, 期望用在發(fā)動(dòng)機(jī)的急加速、急減速的連桿部件上。

       (4) 曲軸

       鈦合金曲軸目前雖然沒有得到廣泛的應(yīng)用, 但是日本專門開發(fā)的Ti-3Al-2.5V合金已經(jīng)在本田賽車上面得到驗(yàn)證, 在有效減輕質(zhì)量的同時(shí), 將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速提高了700r/min, 證明了鈦合金曲軸的優(yōu)越性。同時(shí), 日本已經(jīng)在試制Ti-5Al-2Cr-Fe合金曲軸, 期望鈦合金在曲軸部件上得到更加廣泛的應(yīng)用。

       3. 減振系統(tǒng)

       汽車減振懸掛系統(tǒng)的核心部件就是懸簧。鈦合金相比于一般汽車彈簧用鋼而言, 具有更高的比強(qiáng)度和更低的切變模量, 抗疲勞強(qiáng)度也較高, 更加適合用作制造汽車減振彈簧。由于彈簧的撓度和圈數(shù)呈正比, 與材料的切變模量呈反比, 因此, 鈦合金彈簧在達(dá)到相同彈簧反應(yīng)的情況下, 比鋼制彈簧需要更少的圈數(shù), 有效減輕了彈簧質(zhì)量, 節(jié)約了空間。

       同時(shí), 鈦合金彈簧還能夠有效提高彈簧的共振頻率, 提高其使用壽命。目前大部分的鈦合金彈簧都是用單相β鈦合金制備。德國(guó)大眾公司已經(jīng)在部分汽車上使用了Lupo FSI鈦合金齒輪彈簧, 用量約為3500輛。

       4. 車體框架

       車體框架部件方面, 鈦合金較高的比強(qiáng)度, 較低的密度以及良好的耐蝕性能, 都說明其是良好的車體框架制備材料。目前, 已經(jīng)有汽車公司在車檔支架、制動(dòng)器卡鉗活塞等部件上使用鈦合金。變速器部件中, 日本目前正在開發(fā)一種高旋壓成型法制備鈦合金外殼的工藝, 與鋼制外殼相比, 鈦合金外殼更好地減輕飛輪的沖擊, 緩沖效果更好。

       另外, 鈦合金還在汽車緊固件等部件上得到了應(yīng)用, 隨著鈦合金制備工藝和汽車工業(yè)的不斷發(fā)展, 鈦及鈦合金在我國(guó)的現(xiàn)代汽車工業(yè)中必將發(fā)揮越來越重要的作用, 推動(dòng)汽車工業(yè)的不斷發(fā)展。