최근 자동차 산업의 급속한 발전과 함께 자동차에서 발생하는 연료 소비, 환경 보호 및 안전 문제가 점점 더 중요해지고 있습니다. 자동차 산업의 미래 방향을 내다보며 경량화, 저연비, 저배출화를 개발의 테마로 삼고 있습니다. 국제기관 통계에 따르면 자동차 연료 연소에너지의 60%가 자체 품질로 소비되고 있지만 현재는 고강도 박강, 알루미늄, 마그네슘, 금속 매트릭스 복합재료, 플라스틱 수지 소재 등이 자동차 경량화에 기여하고 있다. 중요한 역할을 하지만 산업용 티타늄 소재의 출현으로 자동차 제조가 더 나은 선택이 되었습니다.
티타늄 합금은 항공우주, 석유화학, 해군 산업에서 널리 사용되어 왔지만 자동차 산업에서의 응용은 천천히 발전해 왔습니다. 1956년부터 미국 제너럴모터스(GM)가 최초의 올티타늄 자동차, 티타늄 자동차 부품 개발에 성공해 1980년대까지 대량생산 수준에 이르렀고, 1990년대에는 고급차, 스포츠카, 레이싱카 수요가 해마다 증가하면서 티타늄 부품이 빠르게 발전하고 있습니다. 1990년 세계 자동차용 티타늄 생산량은 1997년 50톤에 불과했으나 2002년 500톤, 2009년 1,100톤에 달했다. 1990년 세계 자동차에 사용된 티타늄 생산량은 50톤에 불과했고, 1997년 500톤, 2002년 1,100톤에 달했다. 2009년에는 3,{21}t에 도달했고, 2015년에는 전 세계 자동차에 사용되는 티타늄의 양이 5,{23}}t를 초과할 것으로 예상됩니다.
1. 엔진 커넥팅로드
티타늄 합금은 커넥팅 로드에 이상적입니다. 티타늄 합금으로 제작된 엔진 커넥팅로드는 엔진 질량을 효과적으로 줄이고, 연비를 향상시키며, 배기가스 배출을 줄일 수 있습니다. 강철 커넥팅 로드에 비해 티타늄 커넥팅 로드는 질량을 {{0}}% 줄일 수 있습니다. 티타늄 커넥팅로드의 적용은 이탈리아의 새로운 Ferrari 3.5LV8 및 Acura NSX 엔진에서 처음으로 시연되었습니다. 티타늄 합금 커넥팅로드에 사용되는 재료는 주로 Ti-6Al-4V, Ti{6}}V-2Fe-3Al, Ti-3 Al-2.0V 및 Ti-4Al-4Mo-Sn-0.5Si 등 Ti-4Al{{과 같은 기타 티타늄 합금 소재 18}}Si-4Mn 및 Ti{20}}M-4Mo도 커넥팅 로드에 사용하기 위해 개발 중입니다.
2. 엔진 밸브
티타늄 합금으로 만든 자동차 엔진 밸브는 품질을 낮추고 서비스 수명을 연장할 뿐만 아니라 연료 소비를 줄이고 자동차의 신뢰성을 향상시킬 수 있습니다. 티타늄 밸브는 스틸 밸브에 비해 품질이 30~40% 감소하고 엔진 한계 속도가 20% 증가할 수 있습니다. 현재 적용 분야에 있어서 흡입 밸브의 재료는 Ti-6Al-4V가 지배적이며 배기 밸브의 재료는 Ti-6242S가 지배적입니다. 일반적으로 Sn과 Al은 취성을 낮추고 강도를 높이기 위해 함께 첨가됩니다. Mo를 첨가하면 티타늄 합금의 열처리 특성이 향상되고 담금질 및 노화 티타늄 합금의 강도가 강화되며 동시에 경도가 높아집니다. 개발 잠재력이 있는 기타 티타늄 합금은 다음과 같습니다.
(1) 흡입 밸브는 Ti-62S를 사용할 수 있으며 그 특성은 Ti-6Al-4V와 동일하고 저렴합니다.
(2) 배기구는 Ti-6Al-2Sn-4.0Zr-0.4-Mo-0를 사용할 수 있습니다. .45Si는 Mo 함량이 낮기 때문에 Ti{9}}S보다 잠복 저항에 대한 저항성이 우수하고 내산화 온도가 최대 600도입니다.
(3) 배기 밸브는 내열성이 높고 무게가 가벼운 TiAl을 사용할 수 있지만 가공은 전통적인 단조 방법에는 적합하지 않으며 주조 및 분말 야금 가공에만 적합합니다.
3. 밸브 스프링 시트
고강도 및 내피로성은 밸브 스프링 시트가 열처리형 합금에 대해 티타늄 합금의 성능을 가져야 하며 고용체 시효 처리를 통해 고강도를 얻을 수 있어야 하며 이에 상응하는 더 적합한 재료는 Ti - 15V {{1 }}Cr - 3Al - 3Sn 및 Ti - 15Mo - 3Al - 2.7Nb - 0.2Si. Mitsubishi Motors는 TI-22V - 4Al 티타늄 합금 밸브 스프링 시트, TI-22V - 4Al 티타늄 합금 밸브를 사용하여 자동차를 대규모로 생산합니다. 스프링 시트가 가장 적합한 재료입니다. 4Al 티타늄 합금 밸브 스프링 시트는 원래 강철 래치에 비해 질량을 42% 줄이고, 밸브 트레인은 질량 관성을 6% 감소시키며, 엔진의 최대 속도는 300r/min 증가했습니다.
4. 티타늄 합금 스프링
티타늄 및 그 합금은 강재에 비해 탄성률이 낮고, σs/E 값이 커서 탄성 부품 제조에 적합합니다. 강철 자동차 스프링과 비교하여 동일한 탄성 작업을 전제로 티타늄 스프링의 높이는 강철 스프링의 40%에 불과하고 품질은 강철 스프링의 30~40%에 불과하므로 자동차 설계가 쉽습니다. 몸. 또한 티타늄 합금은 피로 성능과 내식성이 뛰어나 스프링의 수명을 향상시킬 수 있습니다. 현재 자동차 스프링 제조에 사용할 수 있는 티타늄 합금 재료는 Ti-4.5Fe6.8Mo-1.5Al 및 Ti-13V11C-3Al 등입니다.
5.터보차저
터보차저는 엔진의 연소 효율을 향상시키고 엔진의 출력과 토크를 향상시킬 수 있습니다. 터보차저의 터빈 로터는 850도 이상의 고온 배기가스 속에서 장시간 작동해야 하므로 내열성이 좋아야 합니다. 알루미늄 합금과 같은 기존 경금속은 녹는점이 낮아 사용할 수 없습니다. 세라믹 재료는 가벼운 무게와 높은 내열성 때문에 터빈 로터에 사용되었지만 비용이 많이 들고 형상을 최적화할 수 없다는 점 때문에 사용이 제한되었습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 Tetsui et al. 내구성과 효율성이 우수할 뿐만 아니라 엔진 가속도 향상되는 것으로 테스트 및 입증된 TiAl 터빈 로터를 개발했습니다. 이 디자인은 미츠비시 랜서 에볼루션 시리즈에서 성공적으로 상용화됐다.
