Le développement des matériaux en titane pour l'automobile

Les matériaux en titane dans l'application des voitures ont commencé au milieu des années 1950. Aux États-Unis, General Motors a lancé une voiture d'exposition à carrosserie en titane nommée « Firebird Ⅱ » en 1956. À la fin des années 1960, Nissan a utilisé des pièces en alliage de titane dans sa voiture R382. FrançaisDans les années 1980, Honda a utilisé le titane pour fabriquer des pièces de voitures de course.

Fig 1 Présentation des pièces structurelles en titane pour automobiles


Remarque : source : China Titanium Industry Association.

Depuis les années 1990, en raison des progrès technologiques, des alliages de titane à faible coût ont été développés, tels que le Time-62S, le Timetal-LCB, le Timetal-1100 et le SP-700 de l'American Titanium Metal Company. Dans le même temps, en raison de l'urgence des économies d'énergie et de la réduction des émissions et des exigences croissantes en matière d'amélioration des performances, l'intérêt pour l'utilisation du titane dans les automobiles ne cesse de croître. En 1992, le 29e Salon international de l'automobile de Tokyo a exposé des voitures avec des carrosseries et des moteurs en titane fabriquées au Japon ; En 1996, le système d'échappement en titane développé par l'American Titanium Metal Company (TIMET) a été présenté à la conférence de l'association nationale, suivi d'un système d'échappement en titane fabriqué par Chrysler. 1989-1998 Automobile japonaise titane 669 t. Titanium a également construit une usine pour produire des pièces en alliage de titane pour les voitures.

L'utilisation d'un alliage de titane pour fabriquer des soupapes automobiles peut non seulement réduire la qualité, prolonger la durée de vie, mais aussi améliorer la fiabilité et économiser du carburant. L'utilisation précoce d'un alliage de titane coûteux, puis l'utilisation d'un alliage γ-Ti Al, ont augmenté la vitesse maximale du moteur d'environ 10 %. Ces dernières années, certains fabricants de titane ont développé un certain nombre d'alliages de titane moins chers pour les soupapes de moteur, et certains d'entre eux sont entrés dans la phase de production de masse. Il s'agit d'une technologie clé pour améliorer la résistance à l'usure de l'alliage de titane utilisé dans les soupapes. C'est l'un des processus efficaces pour améliorer la dureté de la surface et la résistance à l'usure pour oxyder la surface même si la solution solide dans le titane contient autant d'oxygène que possible. Le cylindre V-8 fabriqué par Del West Company aux États-Unis est largement utilisé pour les soupapes d'admission et d'échappement. L'alliage Ti-6Al-4V est utilisé pour les soupapes d'admission et l'alliage Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo pour les soupapes d'échappement. Le poids de chaque soupape est environ 50 g plus léger que celui de l'acier inoxydable et sa durée de vie est 2 à 3 fois plus longue. La soupape d'admission en alliage Ti-5Al-2Cr-1Fe préparée par Hitachi est largement utilisée. Les voitures de course R382 et R380 de Nissan Motor Company équipées de ce type de soupape d'admission ont obtenu d'excellents résultats dans de nombreuses courses. Français La masse des soupapes en acier utilisées dans le passé est de 90 g, tandis que celle des soupapes en alliage de titane n'est que de 55 g, ce qui est réduit d'environ 40 % et les performances sont améliorées de 10 à 15 %.

En 1998, la berline deux portes de la Toyota Motor Company et l'Altezza de la Honda Motor Company ont utilisé une soupape d'admission en alliage Ti-6Al-4V/TiB issu de la métallurgie des poudres, la soupape d'échappement est en alliage Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Nb-Si/Tib résistant à la chaleur. L'ancien moteur d'une cylindrée de 2 000 ml, équipé d'une soupape d'admission de 27 g et d'une soupape d'échappement de 8 24 g, une voiture avec un total de 408 g de titane, le ressort de soupape de la voiture est également en alliage de titane, sa masse est passée de 43 g à 36 g, en baisse de 16,3 %.

La soupape d'échappement a une température de fonctionnement élevée et peut être fabriquée en alliage de titane haute température Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si (6242S). Mais la valve de moto est plus susceptible d'être exposée à des températures élevées pendant une longue période, il est donc approprié de choisir l'alliage TIMETAL-1100 (Ti-2.7Sn-4Zr-0.4Mo-0.45Si) plus résistant à la chaleur, c'est l'un des meilleurs alliages de titane résistants à la chaleur, la température de fonctionnement est d'environ 600 ℃, La soupape d'échappement d'une moto à deux roues est mieux fabriquée en alliage de titane qui peut fonctionner longtemps à 800 ℃. En même temps, l'alliage doit avoir une résistance et une tolérance aux dommages élevées, c'est pourquoi les chercheurs espèrent développer un nouvel alliage de titane composé intermétallique à base d'AlTi3 et d'AITI, et ont obtenu certains résultats, les alliages représentatifs sont : Ti-14Al-21Nb, Ti-14Al-21Nb-3V-2Mo, Ti-24Al-10Nb, Ti-25Al-8Nb-2Mo-2TA, Ti-25Al-10Nb-3V-1Mo et Ti-22AI-27Nb, mais ils ne sont pas bon marché.

Le moteur V-16 de 746 kW de la Cadillac Model 16 de General Motors utilise une large gamme de métaux légers. Le corps du cylindre et la culasse sont en alliage d'aluminium, tandis que les ressorts de soupape et certaines pièces sont en alliage de titane. Il a une économie de carburant de 7,23 km/L.