De nos jours, le progrès des matériaux automobiles est étroitement lié à la protection de l'environnement, aux économies d'énergie, à la sécurité, au confort et au faible coût de ces thèmes, de sorte que le développement des matériaux automobiles est plus diversifié, parmi lesquels le plus important et le plus urgent est le poids léger. Par rapport à il y a 10 ans, la structure des matériaux automobiles a considérablement changé. L'utilisation de nouveaux matériaux et les techniques de fabrication avancées se complètent. L'industrie automobile essaie de développer de nouvelles techniques de fabrication et de renouveler l'industrie traditionnelle. Les matériaux légers divisent les matériaux traditionnels en aluminium et en magnésium à l'extérieur, les matériaux en titane et les matériaux composites sont également des matériaux légers avec d'excellentes performances, néanmoins le prix actuel est encore un peu plus élevé, mais à mesure que les progrès de la technologie et du dosage augmentent, le prix baissera lentement.

Le titane est depuis longtemps privilégié par les fabricants pour ses excellentes performances telles que le poids léger et la haute résistance. Le titane est utilisé dans les voitures de course depuis près de 40 ans. À l'heure actuelle, il n'y a pas de voitures de course et de sport sans titane. Français Les États-Unis ont produit des composants en titane tels que des soupapes d'admission, des soupapes d'échappement, des supports de soupape et des bielles pour les voitures de course et le Japon a été le premier à utiliser du titane dans la voiture Nissan « 382 ».

Bielle de connexion du moteur

Lorsque la voiture roule à pleine vitesse, la perte de friction du moteur est principalement causée par les pièces de la bielle du piston (piston, axe de piston et bielle). Une fois sa masse réduite, le rendement énergétique est grandement amélioré et la capacité d'échappement est réduite en conséquence. En utilisant du titane, la température d'entraînement du moteur est augmentée et le moteur est utilisé à une température plus élevée que le composant en aluminium précédent. La bielle doit avoir une résistance élevée à la fatigue, une rigidité et une résistance à l'usure, de sorte que l'alliage de titane et les matériaux composites deviennent le matériau approprié pour la fabrication de la bielle, pour obtenir le piston et l'axe de piston légers, de sorte que le bruit et les vibrations ont été considérablement réduits, les performances du moteur ont été améliorées. Étant donné que l'axe de piston a des exigences élevées en matière de résistance, de résistance à l'usure, de rigidité et de résistance à la chaleur, il convient de choisir un alliage de titane contenant davantage de composés de titane et d'aluminium. La vitesse du moteur augmente de jour en jour et il est préférable d'utiliser un alliage de titane pour préparer les soupapes et les engrenages, car l'alliage de titane présente une excellente résistance au fluage et à l'oxydation. Le matériau composite en titane et l'alliage AITI sont des matériaux supérieurs pour la préparation des soupapes d'échappement et l'alliage TC4 est le plus adapté à la préparation des soupapes d'aspiration à basse température.

En 1956, Volkswagen a fabriqué une voiture d'exposition très vantée avec une carrosserie entièrement en titane. Le prochain COO était équipé d'un moteur de 300 ml de cylindre, avec un poids net de seulement 290 kg. Il était fabriqué à partir de matériaux légers tels que des composites à matrice de résine Al, Mg et Ti, avec une efficacité énergétique de 100 km/L. La bielle de course Honda NSX V-6 1990 est fabriquée en alliage Ti-3Al-2,5 V-Si-Re, un alliage de coupe à grande vitesse ; Les bielles du moteur V6 3,0 L à 24 soupapes de la voiture de course NSX de 1994 ont été forgées avec un alliage de titane. La bielle en alliage de titane est utilisée dans le moteur V12 de la supercar italienne Ferrari EN20 2003 pour améliorer considérablement sa maniabilité et sa vitesse de pointe peut atteindre 62 km/h en 3,9 s. Les bielles des voitures Porsche sont également en titane.

Le siège de soupape est en alliage de titane, largement utilisé dans les voitures de course, fabrication d'alliage Ti-6Al-4V polyvalent, également utile pour la fabrication d'alliage Ti-5Al-2Cr-1Fe, la forme du siège de soupape est simple, traitement mécanique facile, le coût est inférieur, sans parler de la nécessité d'un traitement de surface spécial, la qualité est plus légère que l'acier 10 g ~ 12 g. Français Les constructeurs automobiles japonais utilisent du Ti-5Al-2Cr-1Fe pour fabriquer des vilebrequins et d'autres pièces et du Ti-6Al-4V pour fabriquer des culbuteurs, des ressorts de soupape et des boulons inférieurs pour les bielles. Selon l'expérience du Japon, l'utilisation de 0,8 kg à 0,9 kg de titane pour les soupapes de puissance des automobiles équivaut à l'effet d'une perte de poids de 20 kg.

Tuyau d'aération et silencieux

Le titane est largement utilisé dans les tuyaux d'échappement des automobiles. Dans le passé, les tuyaux d'échappement et les silencieux étaient principalement fabriqués en acier ordinaire, en alliage d'aluminium, en plastique renforcé de fibres (FRP), etc. Température d'échappement > 400℃, la résistance à la chaleur du titane est bien supérieure à celle de l'alliage d'aluminium, la résistance est supérieure à celle de l'acier. La fabrication du tuyau d'échappement et du silencieux doit passer par divers processus de formage tels que le pliage et le pressage à froid et le matériau doit avoir de bonnes performances de formage à froid. Français De plus, le silencieux pour les pièces d'assemblage externes de voiture, avec une fabrication en alliage de titane, semble plus nouveau et plus à la mode. Le tuyau d'échappement en alliage de titane est illustré à la figure 1.

En plus des exigences de soupape d'échappement résistante à la chaleur et à l'usure, mais exige également qu'elle soit exempte de plomb et de cobalt. Les constructeurs automobiles américains utilisent des alliages de titane pour la fabrication des soupapes d'admission et d'échappement, la soupape d'admission est en TC4, la soupape d'échappement utilise un alliage Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo. Les sièges de soupape des constructeurs automobiles japonais sont généralement fabriqués en alliage TC4, mais peuvent également être fabriqués en alliage Ti-5Al-2Cr-1Fe. Le tuyau d'échappement est fabriqué à partir de composants de buse de queue/tuyau de retour en alliage de titane, qui ne sont pas corrodés par le chlore et les gaz résiduaires contenant du soufre et même la soudure n'est pas corrodée. Le tuyau d'échappement est 8,2 kg plus léger que le système d'échappement traditionnel en acier inoxydable, ce qui améliore le rendement énergétique, accélère la capacité d'augmentation de la vitesse et réduit la distance de freinage.

La qualité du silencieux en alliage de titane ne pèse que 5 kg à 6 kg, ce qui est beaucoup plus léger que l'acier inoxydable. Le silencieux de voiture japonais est presque entièrement en alliage de titane. Le silencieux et le système de tuyau d'échappement en titane de General Motors (GM) Chevrolet ne pèsent que 11,8 kg, soit 41 % plus léger que les 20 kg de l'acier inoxydable, mais plus résistant. L'alliage Ti-33,5Al-1Nb-0,5Cr-0,5Si développé par Japan Datong Iron and Steel Company est une sorte de bon matériau de porte d'échappement, qui présente une bonne résistance à l'oxydation et au fluage. Français Comparé à l'acier martensitique résistant à la chaleur traditionnel et à l'alliage de nickel utilisés pour la porte d'échappement, les caractéristiques exceptionnelles de l'alliage de titane sont les suivantes : faible densité, bonne résistance à la chaleur, en même temps au-dessus de 540 ℃ a une performance de résistance supérieure et la résistance au fluage est supérieure à l'alliage de nickel et une bonne résistance à l'usure.

L'utilisation réelle a prouvé que la durée de vie du système d'échappement en alliage de titane est la même que la durée de vie de la voiture, qui est de 12 A ~ 14 A et la durée de vie du dispositif en acier inoxydable n'est que de 8 A. À partir de ce point, il est plus rentable d'utiliser du titane. La qualité du silencieux en alliage de titane est généralement inférieure à 12 g, 40 % plus légère que celle de l'acier inoxydable, ce qui contribue à améliorer les performances de la voiture et la durée de vie du silencieux est semi-permanente. Le titane et les alliages de titane sont totalement inertes, peuvent être entièrement recyclés sans dégrader la qualité du papier et n'apporteront aucun sous-produit nocif dans le processus de production.

La bague de siège de soupape a une large gamme d'applications dans les voitures de course et les voitures de sport, la production mondiale est estimée à plus de 600 000 en 2020, généralement en alliage TC4, une méthode de découpe mécanique peut être réalisée, le coût de traitement n'est pas élevé et ne nécessite pas de traitement de surface spécial, comme la société japonaise Mitsubishi avec le siège de soupape en alliage Ti-5Al-2Cr-1Fe.

Ressort

L'alliage de titane est un bon matériau pour la fabrication de ressorts en termes de résistance, de densité et de module d'élasticité. L'alliage TC4 a été utilisé pour le ressort de course de la Porsche 917 il y a près de 20 ans. Ford a remplacé ses ressorts de suspension en spirale en acier sur les voitures de course par des ressorts en alliage C de RMI, qui ont perdu 53 % de leur masse, mais les coûts de production élevés ont limité leur utilisation à grande échelle. Timet a développé un nouvel alliage Ti-4,5Fe-6,8Mo-1,5Al à base de Fe et de Mo, appelé alliage de titane à faible coût LCB (Low Cost Beta), qui non seulement conserve les avantages de l'alliage C, mais a également un prix raisonnable et est utilisé dans la fabrication de ressorts. Il peut être traité avec l'équipement de production de ressorts en acier d'origine et pris en charge par Volkswagen. Le ressort produit est 1/3 plus léger que celui en acier et le prix de l'alliage de titane est 50 % inférieur à celui de l'original. De plus, la hauteur du ressort en alliage de titane est de 50 à 80 % inférieure à celle du ressort en acier, ce qui signifie que vous pouvez obtenir un espace de conduite et de chargement plus grand. De plus, le ressort en titane présente un avantage exceptionnel en termes de résistance à la corrosion, à savoir que la durée de vie en fatigue du ressort en acier est réduite de 50 % par rapport à 4 % dans l'air lors des tests de fatigue par corrosion au brouillard salin standard. De plus, le ressort en titane ne nécessite pas de traitement de surface protecteur. Fixations et freins Les fixations en alliage de titane ont été largement utilisées dans la fabrication aérospatiale et spatiale en raison de ses avantages tels qu'une résistance élevée à la corrosion, un poids léger et un faible coefficient de dilatation thermique. Si le coût de production de l'alliage de titane diminue considérablement, il sera également utilisé dans les fixations de voiture. Le titane a une faible conductivité thermique et une faible résistance à l'usure, il ne peut donc pas être utilisé dans la turbine de frein, mais en raison de son excellente résistance à la corrosion. Il a été utilisé dans la préparation de la bague d'étanchéité de la bride de connexion dynamique du système de freinage et de la goupille de guidage de la garniture de frein et en raison de sa faible conductivité thermique, il a également un certain effet protecteur sur le liquide de frein.