當前,全球汽車工業形成了“六大加三小”的競爭格局,即通用、福特、戴姆勒-克萊斯勒、豐田、大眾、雷諾-日產等六大年產400萬輛以上汽車集團。再加上相對獨立的三家汽車公司,即雪鐵龍-標致(PSV)、本田、BMW。目前,中國汽車行業的重點企業是一汽、上汽、東風、長安和北汽,全國共有5400多家企業,2005年共生產銷售汽車570多萬輛。
當前,降低燃油消耗、減少有害廢棄物(CO2、NOx等)排放已經成為汽車行業技術進步的主要動力和方向之一。研究表明,輕量化是實現節省燃料、減少污染的有效措施。汽車的質量每降低10%,燃料消耗可節省8%-10%,廢氣排放可減少10%。為此,世界各國都在研究汽車輕量化問題。汽車輕量化的首選途徑就是用高比強度的輕質材料(鋁、鎂、鈦等)替代傳統的汽車材料(如鋼鐵)。
1、汽車用鈦的優缺點
鈦棒、鈦鍛件在汽車上的應用始于20世紀50年代,即鈦工業剛剛誕生不久。由于技術和價格方面的原因,鈦在汽車上的應用一直沒有引起產業界的重視,隨著汽車節能與環保標準的提高,近年才逐漸成為國際材料與汽車界共同關注的熱門話題。
鈦棒、鈦鍛件具有多種優異性能,是多種不同類型的汽車部件的首選用材,主要優勢和應用如下。
(1)密度低 僅為鋼密度的60%,不僅可以減輕整車質量,對高速的運動部件,可減小運動慣量。
(2)比強度高 在各種金屬材料中,鈦的比強度幾乎是最高的,可做承重部件;
(3)彈性模量小 僅為鋼的50%,且抗疲勞強度大,適合做彈簧;
(4)耐熱性好 可在200-650℃下長時間工作,適合做高溫部件;
(5)熱脹系數小 是不銹鋼、鋁材的50%,適合做發動機氣門等部件;
(6)耐蝕性好 耐蝕性優于鋁、鎂及不銹鋼,可抗大氣、雨水、防凍路面濕氣及含硫化氫高溫廢氣的腐蝕,適合做尾噴管等工況環境較惡劣的部件;
(7)抗凍性好 在零下100℃的環境中,也不會產生低溫脆性;
(8)成形性好 可通過沖壓、熱鍛、粉末冶金、精密鑄造等方面制造各種形狀的零部件;
(9)裝飾性好 通過氧化處理,可形成色彩鮮艷的各種裝飾材料。
汽車用除TC4鈦合金棒、TC4鈦鍛件等外,TiAl基金屬間化合物及強化鈦棒、鈦鍛件等鈦材則具有更高的耐熱性、剛性和耐磨性。
汽車使用鈦的優點在于:減輕質量,降低燃料消耗;改善動力傳輸效果,降低噪音;減少振動,減輕部件載荷;提高車的持久及保護環境。
其缺點是:一般情況下,汽車所使用的鈦的耐磨性不好,彈性低于鋼,難以進行機械加工。但是耐磨性可通過涂層或強化進行改善,彈性可采用補強來提高,機加工若采用近凈成形技術或用其他的加工條件,則把缺點降到最低。而真正妨礙鈦棒、鈦鍛件廣泛應用是鈦棒、鈦鍛件的成本,這是由鈦的原材料、熔煉、加工工藝的復雜性所決定的。熔煉成本基本上是將鈦與氧分離所必須的能量成本,加工成本通常是加工處理與拋光成本。拋光包括將多量的氧產生的龜裂或表面損傷的部分除去的工藝。降低熔煉與加工成本的新技術提案較多,為了開拓鈦在轎車上的使用范圍,鈦的目標價格為6~10美元/kg。
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