En els darrers anys, amb el ràpid desenvolupament de la indústria de l’automòbil, qüestions com el consum de combustible, la protecció del medi ambient i la seguretat han cridat cada cop més l’atenció pública. De cara a endavant, la direcció futura de la indústria de l’automòbil se centrarà en un lleuger, reduït el consum de combustible i les emissions més baixes. Segons les estadístiques d’organitzacions internacionals autoritàries, el 60% de l’energia de la combustió de combustible als cotxes és consumida pel pes propi del vehicle. Tot i que les plaques d’acer fines d’alta resistència, l’alumini, el magnesi, els compostos de matriu metàl·lica i les resines de plàstic ja han tingut un paper en la reducció del pes del vehicle, l’aparició de materials de titani industrial ha proporcionat una millor opció per a la fabricació d’automòbils.
Titani Metal ofereix avantatges com ara baixa densitat, alta resistència específica i una excel·lent resistència a la corrosió. L’ús de titani en automòbils pot reduir significativament el pes del vehicle, reduir el consum de combustible, millorar l’eficiència del motor i millorar el rendiment ambiental alhora que redueix el soroll. Tot i això, l’elevat cost dels aliatges de titani ha limitat la seva aplicació principalment a cotxes de luxe i esports, amb un ús rar en vehicles ordinaris. Per tant, investigar i desenvolupar aliatges de titani de baix cost que satisfan les demandes del mercat és clau per promoure la seva aplicació en vehicles de consum major.
Aplicacions actuals d’aliatges de titani a la indústria de l’automoció
Tot i que els aliatges de titani s’utilitzen àmpliament en indústries aeroespacials, petroquímiques i de construcció naval, la seva aplicació a la indústria de l’automoció ha estat lenta. A partir del primer cotxe All-Titani desenvolupat per General Motors el 1956, els components de Titanium Automotive no van arribar als nivells de producció massiva fins a la dècada de 1980. A la dècada de 1990, amb la demanda creixent de cotxes de luxe, cotxes esportius i cotxes de cursa, els components de titani van veure un ràpid desenvolupament. L’ús global de titani d’automòbils va ser de només 50 tones el 1990, va augmentar fins a 500 tones el 1997, 1.100 tones el 2002 i 3, {000 el 2009. Es projecta que superi les 5, {{15} tones el 2015. Actualment, els components d’aliatge de titani següents s’utilitzen habitualment:
Les barres de connexió del motor:
Els aliatges de titani són una opció ideal per connectar canyes. Les barres de connexió de titani poden reduir eficaçment el pes del motor, millorar l'eficiència del combustible i reduir les emissions. En comparació amb les varetes d’acer, les varetes de titani poden reduir el pes en un 15%–2 0%. Les sol·licituds inclouen els motors de Ferrari 3.5L V8 i els motors NSX d’Acura. Els materials comuns inclouen ti -6 al -4 v, ti -10 v -2 fe -3 al, ti -3 al -2. 0v, i i i i i ti {{10} Ti -4 al -4 mo-sn -0. 5Si.
Vàlvules del motor:
Les vàlvules de titani redueixen el pes, amplien la vida útil, el consum inferior de combustible i milloren la fiabilitat. En comparació amb les vàlvules d’acer, les vàlvules de titani poden reduir el pes d’un 30%-40%i augmentar la velocitat del motor un 20%. Els materials comuns inclouen ti -6 al -4 v per a vàlvules d'entrada i ti -6242 s per a vàlvules d'escapament. Altres aliatges prometedors inclouen Ti -62 s i -Tial.
Retenidors de primavera de vàlvules:
L’alta resistència i la resistència a la fatiga són essencials per als retenidors de la molla de la vàlvula. Aliatges beta de titani, com Ti -15 v -3 cr -3 al -3 Sn i ti -15 mo -3 al -2. Mitsubishi ha utilitzat ti -22 v -4 al retenidors, reduint el pes en un 42%.
Springs de titani:
Els aliatges de titani tenen un mòdul elàstic inferior a l’acer, cosa que els fa adequats per a components elàstics. Les fonts de titani són del 30% al 40% més lleugeres que les fonts d’acer i ofereixen una millor resistència a la fatiga i a la corrosió. Els materials comuns inclouen Ti -4. 5Fe -6. 8mo -1. 5al i ti -13 v -11 cr -3 al.
Turbocompresors:
Els turbocompresors milloren l'eficiència i la potència del motor. Els rotors de la turbina requereixen una gran resistència a la calor, que proporcionen aliatges de titani com Tial. Els models d’evolució de Mitsubishi Lancer tenen rotors de turbines tials comercialitzats amb èxit.
Sistemes i silenciadors d’escapament:
El titani s’utilitza àmpliament en els sistemes d’escapament per millorar la fiabilitat, ampliar la vida útil, reduir el pes i millorar l’eficiència del combustible. Els sistemes d’escapament de titani són un 40% més lleugers que els sistemes d’acer. El titani pur industrial s’utilitza habitualment.
Marcs del cos:
L’elevada força i duresa específica de Titani la fa adequada per als marcs del cos. Al Japó, els tubs soldadors de titani pur s’utilitzen per millorar la seguretat i la fiabilitat.
Altres components:
El titani també s’utilitza en els braços del balancí del motor, les molles de suspensió, els pins de pistó, les fixacions, les bigues de la porta, els pistons de calibrador de fre i les plaques d’embragatge.
Avantatges dels aliatges de titani
Lleuger: Redueix el pes del vehicle i millora l'eficiència del combustible.
Alta força específica: Millora el rendiment i la seguretat.
Resistència a la corrosió: Estén la vida útil dels components.
Reducció del soroll i de les vibracions: Millora la comoditat de la conducció.
Limitacions dels aliatges de titani
Elevat cost: La barrera principal per a un ús generalitzat en la indústria de l’automòbil.
Formabilitat i soldabilitat: Reptes en la fabricació i el processament.
Recerca sobre aliatges de titani automobilístics
La investigació actual es centra en reduir els costos mitjançant:
Sistemes d’aliatge de baix cost: Desenvolupar aliatges amb elements econòmics com Fe, CR, SI i AL.
Tecnologies de processament avançades: Forja en fred i metal·lúrgia en pols (per exemple, modelat per injecció de metall) per reduir els costos de fabricació.
Conclusió
La propera generació de disseny d'automòbils posa l'accent en el lleuger consum, el consum reduït de combustible, el soroll inferior i la vibració minimitzada per satisfer els requisits ambientals estrictes. En aquest context, el titani està disposat a convertir -se en una elecció important per als futurs vehicles. Per reduir encara més els costos, la investigació s’ha de centrar en:
Desenvolupar sistemes d’aliatge de baix cost amb un ús mínim d’elements costosos.
Avançar tecnologies de forja i formació en fred per aliatges de beta titani.
Millora de tècniques de metal·lúrgia en pols per millorar el rendiment i reduir els costos.
A mesura que l’economia creix i els costos de titani disminueixen, més enginyers triaran el titani per a components de l’automoció, solidificant el seu paper important en la indústria de l’automoció.
