隨著生活水平和鈦制造工藝的提高，大家對(duì)汽車(chē)性能要求越來(lái)越高，輕量化、低能耗和低排放是汽車(chē)發(fā)展的趨勢(shì)。汽車(chē)材料的改進(jìn)是輕量化的可行方法，要想實(shí)現(xiàn)低能耗和低排放，就需要加大高端輕型材質(zhì)的研發(fā)。輕質(zhì)材料、金屬基復(fù)合材料及陶瓷等新材料的使用在一定程度上決定了汽車(chē)的發(fā)展趨勢(shì)，是汽車(chē)技術(shù)發(fā)展的重要方面。 鈦及鈦合金作為結(jié)構(gòu)功能性材料，是汽車(chē)實(shí)現(xiàn)輕量化和高性能、高功能的理想選材。隨著鈦工業(yè)的發(fā)展，鈦材終將在汽車(chē)領(lǐng)域占據(jù)重要地位。汽車(chē)用鈦市場(chǎng)潛力巨大，前景廣闊。

鈦合金卓越的性能，使其在賽車(chē)、特種車(chē)輛及家用轎車(chē)上具有巨大的潛在應(yīng)用空間—包括引擎/傳動(dòng)系統(tǒng)和車(chē)身/底盤(pán)。對(duì)于減輕車(chē)身重量、提升汽車(chē)性能方面，鈦合金具有其他合金或者不銹鋼無(wú)法替代的優(yōu)點(diǎn)。

汽車(chē)用鈦常被提及的技術(shù)問(wèn)題包括耐磨性、低楊氏模量及難制造加工。對(duì)于第一個(gè)技術(shù)問(wèn)題，可以通過(guò)涂層與強(qiáng)化來(lái)解決，第二個(gè)技術(shù)問(wèn)題可以通過(guò)強(qiáng)化來(lái)解決，而第三個(gè)技術(shù)問(wèn)題可以通過(guò)近凈成形技術(shù)和選擇相近的工藝參數(shù)來(lái)解決。可見(jiàn)技術(shù)問(wèn)題不是難以克服，而首要的問(wèn)題是相較于鋼材和鋁材，鈦材的成本較高，這是由于鈦礦較高成本的開(kāi)采及更復(fù)雜的處理過(guò)程所造成的。因此鈦工業(yè)面臨的首要挑戰(zhàn)是如何通過(guò)降低鈦的提取及制造成本從而降低鈦零部件的價(jià)格。

常用鈦制標(biāo)準(zhǔn)零部件

奧迪R8賽車(chē)材料分布比例

鈦合金在汽車(chē)制造領(lǐng)域的應(yīng)用

鈦合金是一種新型結(jié)構(gòu)及功能材料，具有優(yōu)異的綜合性能，主要優(yōu)點(diǎn)是密度小、比強(qiáng)度高。鈦的密度為4.51 克/厘米3，介于鋁（2.7 克/ 厘米3）和鐵(7.6克/ 厘米3) 之間。鈦合金的比強(qiáng)度高于鋁合金和鋼，韌性也與鋼鐵相當(dāng)。鈦及鈦合金抗蝕性能好，優(yōu)于不銹鋼。特別是在海洋大氣環(huán)境中, 能抵抗氯離子的侵蝕；微氧化氣氛下，耐蝕性好。鈦合金的工作溫度較寬，低溫鈦合金在－253℃還能保持良好的塑性，而耐熱鈦合金的工作溫度可達(dá)550℃左右，其耐熱性明顯高于鋁合金和鎂合金。同時(shí)，鈦合金還具有良好的加工性、焊接性能。 鈦在汽車(chē)上的用途主要分兩大類(lèi)，第一類(lèi)是用來(lái)減少內(nèi)燃機(jī)往復(fù)運(yùn)動(dòng)件的質(zhì)量（對(duì)于往復(fù)運(yùn)動(dòng)的內(nèi)燃機(jī)零件來(lái)講，即使減少幾克質(zhì)量都是重要的）；第二類(lèi)是用來(lái)減少汽車(chē)總質(zhì)量。根據(jù)設(shè)計(jì)和材料特性，新一代汽車(chē)上鈦主要分布在發(fā)動(dòng)機(jī)元件和底盤(pán)部件上。在發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，鈦可制作閥門(mén)、閥簧、閥簧承座和連桿等部件；在底盤(pán)部件主要為彈簧、排氣系統(tǒng)、半軸和緊固件等。

鈦合金在汽車(chē)上的潛在應(yīng)用

鈦合金在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用

鈦合金在汽車(chē)零部件上的應(yīng)用

鈦合金在汽車(chē)的具體應(yīng)用

1、發(fā)動(dòng)機(jī)

動(dòng)力傳動(dòng)裝置的核心是內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)。內(nèi)燃機(jī)往復(fù)運(yùn)動(dòng)式零件和轉(zhuǎn)動(dòng)式零件的質(zhì)量嚴(yán)重地影響燃油是否節(jié)約。

汽車(chē)內(nèi)燃機(jī)往復(fù)運(yùn)動(dòng)式零件和轉(zhuǎn)動(dòng)式零件

發(fā)動(dòng)機(jī)的連桿對(duì)材料的強(qiáng)度、疲勞性能、剛度( 特別是大頭端) 及耐磨性能都有嚴(yán)格的要求, 而鈦的強(qiáng)度和疲勞性能更適合制造這些零件。鈦連桿質(zhì)量的減輕, 結(jié)合以質(zhì)輕的活塞和活塞銷(xiāo), 使噪聲、震顫、車(chē)身跳動(dòng)明顯減輕, 改善了發(fā)動(dòng)機(jī)的工作性能。同時(shí), 這些零件如果用鈦制造,還可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的工作溫度。 活塞銷(xiāo)要求材料具有一定的強(qiáng)度、耐磨性能、高剛度和耐高溫, 目前最佳選擇是密度低、高溫強(qiáng)度高、生產(chǎn)成本相對(duì)不高的金屬間化合物γ-TiAl。 對(duì)更高速度的發(fā)動(dòng)機(jī)而言, 其氣門(mén)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)也以使用抗蠕度、抗氧化的鈦材為宜。尤其是使用γ-鋁化鈦?zhàn)鳉忾T(mén)彈簧, 除 減輕質(zhì)量, 還可將發(fā)動(dòng)機(jī)速度提高10%。

日本豐田汽車(chē)公司率先在中型家庭轎車(chē)Altezza上使用了鈦發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)。

γ-TiAl用于高速發(fā)動(dòng)機(jī)，從而減少閥門(mén)振動(dòng)

2、制動(dòng)系統(tǒng)

鈦的低導(dǎo)熱系數(shù)和較差耐磨性阻礙了鈦在汽車(chē)剎車(chē)盤(pán)上的使用；但是由于鈦優(yōu)良的耐腐蝕性能使其在制動(dòng)管路連接法蘭密封圈及剎車(chē)導(dǎo)向銷(xiāo)上有所應(yīng)用，鈦的低導(dǎo)熱系數(shù)可以用來(lái)保護(hù)剎車(chē)液。

3、車(chē)體框架部分

為了提高汽車(chē)的安全性和可靠性，需要從設(shè)計(jì)、制造上，尤其是材料方面考慮。鈦不僅具備高的比強(qiáng)度、同時(shí)具備良好的韌性，使之更堅(jiān)固，是制做車(chē)體框架的良好材料。在日本，汽車(chē)制造商們采用純鈦焊接管制作框架，這類(lèi)框架給駕車(chē)者足夠的安全感。

4、排氣系統(tǒng)

主要由排氣管和排氣消音器形成的排氣系統(tǒng)也是適于使用鈦的領(lǐng)域。鈦在汽車(chē)排氣系統(tǒng)的用量較大，用鈦及合金制作的排氣系統(tǒng)不僅可以大大延長(zhǎng)使用壽命，提高可靠性，外形美觀，同時(shí)還可提高燃料效率，減重效果明顯；與鋼制排氣系統(tǒng)相比，鈦制排氣系統(tǒng)可以減重約40％。

鈦消音器只有5-6 千克，比不銹鋼消音器輕很多。日本本田等四家公司采用了鈦制消音器用于大型汽車(chē)和個(gè)別中型汽車(chē)上。使用的鈦材主要為工業(yè)純鈦。

鈦制排氣系統(tǒng)

5、鈦彈簧

鈦及鈦合金彈性模量低，σs/E 比值大，適合制作彈性元件。與鋼制汽車(chē)彈簧相比，在相同彈性功能的前提下，鈦彈簧的高度僅為鋼彈簧的40%，便于車(chē)體設(shè)計(jì)，其重量減輕60%~70%。鈦合金優(yōu)異的疲勞性能和耐蝕性可大大提高鈦彈簧的使用壽命。

鈦尾軸彈簧

6、螺栓和緊固件

用鈦制螺栓和緊固件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋼制螺栓和緊固件，可有效減輕重量。這種類(lèi)型的鈦零件可以用相對(duì)較低的成本粉末冶金技術(shù)來(lái)生產(chǎn)。

采用粉末冶金技術(shù)生產(chǎn)的Ti-6Al-4V汽車(chē)緊固件

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