Hoy en día, el progreso de los materiales automotrices está estrechamente relacionado con la protección del medio ambiente, el ahorro de energía, la seguridad, la comodidad y el bajo costo de estos temas, por lo que el desarrollo de materiales automotrices es más diversificado, entre los cuales el más destacado y urgente es el peso ligero. En comparación con hace 10 años, la estructura de los materiales automotrices ha cambiado significativamente. El uso de nuevos materiales y técnicas de fabricación avanzadas se complementan entre sí. La industria automotriz está tratando de desarrollar nuevas técnicas de fabricación y renovar la industria tradicional. El material ligero divide el material tradicional de aluminio y el material de magnesio en el exterior, el material de titanio y el material compuesto también son materiales ligeros con un rendimiento excelente, sin embargo, el precio actual sigue siendo algo más alto, pero a medida que aumente el progreso de la tecnología y la dosis, el precio bajará lentamente.

El titanio ha sido el favorito de los fabricantes durante mucho tiempo por su excelente rendimiento, como peso ligero y alta resistencia. El titanio se ha utilizado en autos de carrera durante casi 40 años. En la actualidad, no hay autos de carrera ni autos deportivos sin titanio. Los Estados Unidos han producido componentes de titanio como válvulas de admisión, válvulas de escape, retenedores de válvulas y bielas para autos de carrera y Japón fue el primero en usar titanio en el auto Nissan "382".

Biela del motor

Cuando el auto está funcionando a toda velocidad, la pérdida de fricción del motor es causada principalmente por las partes de la biela del pistón (pistón, pasador del pistón y biela). Después de que se reduce su masa, la eficiencia del combustible mejora enormemente y la capacidad de escape se reduce correspondientemente. Al usar titanio, la temperatura de accionamiento del motor aumenta y el motor se usa a una temperatura más alta que el componente de aluminio anterior. La biela debe tener alta resistencia y resistencia a la fatiga, rigidez y resistencia al desgaste, por lo que la aleación de titanio y los materiales compuestos se convierten en el material apropiado para la fabricación de la biela, para lograr el pistón y el pasador del pistón livianos, de modo que el ruido y la vibración se han reducido significativamente, el rendimiento del motor ha sido mejorado. Debido a que el pasador del pistón tiene altos requisitos de resistencia, resistencia al desgaste, rigidez y resistencia al calor, debe elegirse una aleación de titanio que contenga más compuestos de titanio y aluminio. La velocidad del motor aumenta día a día y es mejor utilizar aleación de titanio para preparar válvulas y engranajes, porque la aleación de titanio tiene una excelente resistencia a la fluencia y a la oxidación. El material compuesto de titanio y la aleación AITI son materiales superiores para preparar válvulas de escape y la aleación TC4 es la más adecuada para preparar válvulas de succión con menor temperatura.

En 1956, Volkswagen fabricó un automóvil de exhibición muy promocionado con una carrocería completamente de titanio. El siguiente COO estaba equipado con un motor de cilindro de 300 ml, con un peso neto de solo 290 kg. Estaba hecho de materiales livianos como compuestos de matriz de resina de Al, Mg y Ti, con una eficiencia de combustible de 100 km / L. La biela de carreras Honda NSX V-6 de 1990 está hecha de aleación Ti-3Al-2.5 V-Si-Re, una aleación de corte de alta velocidad; Las bielas del motor V-6 de 3.0 L y 24 válvulas del coche de carreras NSX de 1994 se forjaron con aleación de titanio. La biela de aleación de titanio se utiliza en el motor V12 del superdeportivo italiano Ferrari EN20 de 2003 para mejorar en gran medida su maniobrabilidad y la velocidad de impulso puede alcanzar los 62 km/h en 3,9 s. Las bielas de los coches Porsche también están hechas de titanio.

El asiento de la válvula está hecho de aleación de titanio, ampliamente utilizado en coches de carreras, fabricación de aleación Ti-6Al-4V multiusos, también fabricación de aleación Ti-5Al-2Cr-1Fe útil, la forma del asiento de la válvula es simple, fácil procesamiento mecánico, el coste es menor, sin mencionar la necesidad de un tratamiento especial de la superficie, la calidad es más ligera que el acero 10 g ~ 12 g. Los fabricantes de automóviles japoneses utilizan Ti-5Al-2Cr-1Fe para fabricar cigüeñales y otras piezas y Ti-6Al-4V para fabricar balancines, resortes de válvulas y pernos inferiores para bielas. Según la experiencia de Japón, el uso de 0,8 kg ~ 0,9 kg de titanio para la válvula de potencia del automóvil es equivalente al efecto de pérdida de peso de 20 kg.

Tubo de ventilación y silenciador

El titanio se usa ampliamente en los tubos de escape de los automóviles. En el pasado, los tubos de escape y los silenciadores estaban hechos principalmente de acero común, aleación de aluminio, plásticos reforzados con fibra (FRP), etc. Temperatura de escape > 400 ℃, la resistencia al calor del titanio es mucho mayor que la de la aleación de aluminio, la resistencia es mayor que la del acero. La fabricación de tubos de escape y silenciadores debe pasar por varios procesos de conformado, como doblado y prensado en frío, y se requiere que el material tenga un buen rendimiento de conformado en frío. Además, el silenciador para las piezas de ensamblaje externo del automóvil, con fabricación de aleación de titanio, parece más novedoso y más moderno. El tubo de escape de aleación de titanio se muestra en la Figura 1.

Además de los requisitos de la válvula de escape resistente al calor y al desgaste, pero también se solicita que esté libre de plomo y cobalto. Las empresas automotrices de los Estados Unidos utilizan aleación de titanio para fabricar válvulas de entrada y escape, la válvula de admisión es TC4, la válvula de escape utiliza aleación Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo. Las empresas automotrices japonesas, los asientos de las válvulas de los autos de carrera generalmente están hechos de aleación TC4, también pueden estar hechos de aleación Ti-5Al-2Cr-1Fe. El tubo de escape está hecho de componentes de tubo de retorno/boquilla de cola de aleación de titanio, que no se corroen con cloro ni gases residuales que contienen azufre e incluso la soldadura no se corroe. El tubo de escape es 8,2 kg más ligero que el sistema de escape de acero inoxidable tradicional, lo que mejora la eficiencia del combustible, acelera la capacidad de aumentar la velocidad y reduce la distancia de frenado.

La calidad del silenciador de aleación de titanio es de solo 5 kg ~ 6 kg, lo que es mucho más ligero que el acero inoxidable. El silenciador de los automóviles de Japón tiene casi toda aleación de titanio. El sistema de silenciador y tubo de escape de titanio de General Motors (GM) Chevrolet pesa solo 11,8 kg, un 41% más ligero que los 20 kg del acero inoxidable, pero más fuerte. La aleación Ti-33.5Al-1Nb-0.5Cr-0.5Si desarrollada por Japan Datong Iron and Steel Company es un tipo de buen material para puerta de escape, que tiene buena resistencia a la oxidación y resistencia a la fluencia. En comparación con el acero resistente al calor martensítico tradicional y la aleación de níquel utilizados para la puerta de escape, las características sobresalientes de la aleación de titanio son las siguientes: pequeña densidad, buena resistencia al calor, al mismo tiempo por encima de 540 ℃ tiene un mayor rendimiento de resistencia y la resistencia a la fluencia es mayor que la aleación de níquel y buena resistencia al desgaste.

El uso real ha demostrado que la vida útil del sistema de escape de aleación de titanio es la misma que la vida útil del automóvil, que es de 12 A ~ 14 A y la vida útil del dispositivo de acero inoxidable es de solo 8 A. Desde este punto, es más rentable utilizar titanio. La calidad del silenciador de aleación de titanio es generalmente inferior a 12 g, un 40% más ligera que la del acero inoxidable, lo que ayuda a mejorar el rendimiento del automóvil y la vida útil del silenciador es semipermanente. El titanio y las aleaciones de titanio son completamente inertes, se pueden reciclar por completo sin degradar el grado del papel y no traerán ningún subproducto dañino en el proceso de producción.

El anillo del asiento de la válvula tiene una amplia gama de aplicaciones en autos de carreras y autos deportivos, se estima que la producción mundial superará los 600,000 en 2020, generalmente está hecho de aleación TC4, se puede realizar un método de corte mecánico, el costo de procesamiento no es alto y no necesita realizar un tratamiento de superficie especial, como la compañía japonesa Mitsubishi con asiento de válvula de aleación Ti-5Al-2Cr-1Fe.

Resorte

La aleación de titanio es un buen material para la fabricación de resortes en términos de resistencia, densidad y módulo de elasticidad. La aleación TC4 se utilizó para el resorte de carreras Porsche 917 hace casi 20 años. Ford reemplazó sus resortes de suspensión espirales de acero en los autos de carrera por resortes de aleación C de RMI, que perdieron el 53 por ciento de su masa, pero los altos costos de producción limitaron su uso generalizado. Timet ha desarrollado una nueva aleación Ti-4.5Fe-6.8Mo-1.5Al basada en Fe y Mo, denominada aleación de titanio de bajo costo LCB (Low Cost Beta), que no solo mantiene las ventajas de la aleación C, sino que también tiene un precio razonable y se utiliza en la fabricación de resortes. Puede procesarse con el equipo de producción de resortes de acero original y cuenta con el apoyo de Volkswagen. El resorte producido es 1/3 más ligero que el de acero y el precio de la aleación de titanio es un 50% más bajo que el original. Lo que es más valioso, la altura del resorte de aleación de titanio es 50% ~ 80% menor que la del resorte de acero, lo que significa que puede obtener un mayor espacio de conducción y carga.

Además, el resorte de titanio tiene una ventaja sobresaliente de resistencia a la corrosión, que es la vida útil por fatiga del resorte de acero se reduce en un 50% en comparación con el 4% en el aire en las pruebas de fatiga por corrosión por niebla salina estándar. Además, el resorte de titanio no requiere tratamiento de superficie protectora.

Sujetadores y frenos

Los sujetadores de aleación de titanio se han utilizado ampliamente en la fabricación aeroespacial y de naves espaciales debido a sus ventajas, como alta resistencia a la corrosión, peso ligero y pequeño coeficiente de expansión térmica. Si el costo de producción de la aleación de titanio disminuye considerablemente, también se utilizará en sujetadores de automóviles. El titanio tiene una conductividad térmica baja y resistencia al desgaste, por lo que no se puede utilizar en el impulsor del freno, pero debido a su excelente resistencia a la corrosión, se ha utilizado en la preparación del anillo de sellado de la brida de conexión dinámica del sistema de freno y el pasador guía del revestimiento del freno y debido a su pequeña conductividad térmica, también tiene un cierto efecto protector sobre el líquido de frenos.