钛是一种新金属，，它拥有密度小、、、比强度高、、、耐蚀性好，，加工性及焊接性好的利益，，还拥有较好的耐热性和耐低温机能，，被宽泛地利用于航空航天、、、石化、、、冶金、、、电力、、、轻工及舰船等各个领域，，在汽车工业中也得到了肯定的利用！！５怯捎陬押辖鸺壑蛋汗螅，在通常民用品上的利用还很少，，钛合金在汽车工业中的利用也大多在豪华车型和跑车上，，目前的赛车险些都使用了钛材！！Ｕ巴雌倒ひ档姆⒄狗较颍，轻量化、、、油耗低及排放少是发展的主题！！Ｖ还苣壳案咔慷缺「职、、、铝材、、、镁材、、、金属基复合伙料及塑料树脂类资料在减轻汽车整备质量方面已经阐扬了作用，，随着工业水平的发展及世界对环保节能要求的日益提高，，钛合金在通常家用汽车上的使用也会得到急剧发展！！

一、、、钛合金在汽车工业的利用近况

固然钛元素早在18世纪末即被英国和德国的科学家发现，，但是直到20世纪初美国的科学家才提取出了纯钛，，钛的工业化规模出产已经是1948年的事件了，，钛工业的发展是陪伴着航空航天工业的发展而发展起来的新兴产业！！Ｖ还茴押辖鹪谠诤娇蘸教、、、石油化工、、、舰船工业上的利用已很宽泛，，但是在汽车工业中的利用却发展缓慢！！４1956年美国通用公司研制成功第一辆全钛汽车起头，，直到20世纪80年代，，钛制汽车零部件才达到批量出产，，90年代随着豪华汽车、、、跑车、、、赛车需要量的逐年增长，，钛制零部件才得到了加快发展！！

钛材作为汽车部件资料使用的利益有：：强度高、、、密度小、、、弹性模量约是钢的一半，，热膨胀系数低，，约是不锈钢及铝材的一半，，无磁性、、、热导率低、、、对环境无传染等！！１鸬脑谄敌幸涤妙押螅，可极大减轻汽车整备质量，，降低其燃料亏损，，提高汽车工作效能，，降低噪声！！Ｗ畛＜氖抢妙押辖鹬谱鞣⑵鸹慵，，有好多益处：：钛合金的密度低，，能够降低活动零件的惯性质量；；同时钛气门弹簧能够增长自由振动，，减弱车身的振颤，，提高发起机的转速及输出功率；；减小活动零件的惯性质量，，从而使摩擦力减！！，，提高发起机的燃油效能！！Ｑ≡耦押辖鹉芄患跚嵊泄亓慵的负载应力，，缩小零件的尺寸，，从而使发起机及整车的质量减轻！！Ａ悴考惯性质量的降低，，使得振动和噪声减弱，，改善发起机的机能！！Ｗ酆掀鹄矗，钛合金在汽车产品上的用处重要分为两大类，，第一类是削减原有零件的质量，，涉及零件重要有发起机的高速往复活动件和汽车自重！！５诙类是用来制作耐侵蚀件，，重要蕴含排气系统，，底盘零件，，悬架系统等所处环境恶劣的汽车零部件，，可提高汽车零件的使用寿命！！

随着社会发展，，节能环保是产品发展主体，，汽车“轻量化”是汽车行业一项极度重要直接的节能减排措施，，目前已成为行业的共识！！Ｗ暄信ⅲ，汽车所用燃料约60%亏损于汽车自重，，汽车每减轻10%的整备质量，，废气排放量可削减10%，，可降低油耗7%！！1956年，，通用汽车公司（GM）和其供货商装配了一种展览用的小汽车，，其车体是全钛；；日本本田汽车公司1994年在NSX赛车3.0L24阀V-6发起机中使用铸造钛连杆；；三菱汽车公司制作的高容量、、、四缸发起机中使用了钛气门弹簧座；；保时捷汽车中也使用了钛连杆！！Ｋ孀蓬训娜找娣⒄梗，在汽车上的特殊用处已大量利用到高级车零部件上（见表1）！！

目前常用的钛合金零部件比力多，，重要对以下几种具体介绍！！

表1 钛制汽车尺度部件的利用情况

1、、、发起机连杆

连杆衔接活塞与曲轴，，起着传递动力的作用，，接受着很大的冲击力，，因而连杆必须有足够的强度，，并且质量要尽可能轻，，以提高发起机的转速！！Ａ讼谓踊钊肭幔，将活塞的动力传递到曲轴，，因接受很大的冲击力，，故必须强度大且不易变形！！４送猓，连杆也必须质轻，，以削减惯性损失，，提升发起机最高转速！！ｎ押辖鹗敲蜗氲牧擞米柿！！

钛合金连杆常用的资料为Ti-6Al-4V钛合金，，Ti-6Al-4V钛合金于1954年在美国钻研成功，，首先用于航空航天业，，它拥有优良的强韧性、、、良好的加工性和耐侵蚀性！！1987年本田公司的VFR750R型车最先选取Ti-6Al-4V钛合金连杆进行批量出产和销售，，但Ti-6Al-4V钛合金价值较昂贵，，对其推广使用有肯定的难度！！：：笱蟹⒊鯰i-3Al-2.0V钛合金连杆，，用在了Accura NSX 3.0升V6 发起机上，，与镍铬钢连杆比力，，Ti-3Al-2.0V钛合金连杆可节俭30﹪的质量且有相称的委顿强度！！i-3A-2.0V 价值较Ti-6Al-4V 便宜，，Ti-6Al-4V 与Ti-3Al-2.0V有一样的Al/V 比，，故能由回收的Ti-6Al-4V 中制作Ti-3Al-2.0V，，且因质量减轻，，惯性损失少，，故发起机最高转速可增长700rpm！！

Ti-62S钛合是金钛金属公司（TIMET）研发的Ti-6Al-4V的代替钛合金！！i-62S（Ti-6Al-1.7Fe-0.18O2-0.1Si）机能靠近于Ti-6Al-4V，，增长Si 可增长强度；；增长铁可降低原料成本，，亦能推进晶粒细化，，进而提高强度，，同时改善加工性；；增长O₂可强化钛合金！！Ｓ捎诔霾杀窘系停，因而价值较Ti-6Al-4V 便宜10%～20%！！

钛合金连杆的制作法通常为铸造法，，但因铸造资料步留率低、、、切削性较易切钢差及铸造物必要酸洗除去表层之氧化物的关系，，导致加工成本很高！！Ｋ阅壳邦押辖鹆说闹谱髑飨虺蚓恍椭旆胺勰┮苯鹬谱鞣！！Ｕ饬街植街杷竦玫墓ぜ在委顿性质上已有重要的改善！！

2、、、气门

进气门（Intake Valve）工作温度约300～400℃，，排气门（Exhaust Valve）工作温度约600～800℃，，因资料需拥有抗热性，，尤其是在高温下，，必须维持其强度、、、硬度而不烧蚀！！Ｋ杂涤懈呶履脱趸约澳透呶虑北涞念押辖鹗窍嘁说淖柿！！＞湍壳暗睦枚裕，进气门的资料以Ti-6Al-4V 为主，，排气门的资料以Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.08Si（Ti-6242S）为主，，Sn和Al通常一路增长，，能够得到较低的脆性和较高的强度！！Ｔ龀o可增长钛合金的热处置机能，，增长淬火钛合金的强度，，同时增长硬度！！Ｓ捎谧刺ヒ缓托∏桑，所以机械加工是容易制作的，，成本也便宜！！２辉付ū匾刑厥獾睦砺鄞χ茫，和钢制的气门座相比，，能减轻10～12g！！

福特汽车（Ford）的一项钻研汇报指出，，在一个四缸八气门、、、1.9 L的发起机中使用钛合金气门，，气门质量可削减原钢气门质量的48﹪；；发起机气门振动的临界转速可提高650r/min；；气门弹簧负荷削减约30%；；因气门机构摩擦损失削减，，在油耗阐发上，，均匀每升汽油可增长4.3km的里程数！！Ｆ渌涤蟹⒄骨绷Φ暮辖鹩：：

1）进气门可选取Ti-62S，，其个性相当于Ti-6Al-4V，，且价值较便宜！！

2）排气门可选取Ti-6Al-2Sn-4.0Zr-0.4-Mo-0.45Si（Ti-1100），，由于Mo含量较低，，故其耐潜变抵抗性较Ti-6242S 优，，耐氧化温度可达600℃（1100°F）！！４撕辖鹫擅拦盗慵制作商评估中，，利用性指日可待！！

3）排气门可选取γ- TiAl！！ γ- TiAl 拥有耐高温及质量轻的特点，，但不适合以传统的铸造法加工，，仅适合使用铸造法与粉末冶金法加工！！５敝谱鞑街柙椒⒊墒旌螅，其价值也许会较目前宽泛使用的镍基超合金排气门便宜！！

3、、、气门弹簧座

气门弹簧座必须具备高强度及耐委顿性，，对于耐高温的要求不像气门那么高！！＆骂押辖鹞却χ眯秃辖穑，能依固溶时效处置来获得很高的强度，，所以Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn 与Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si 是相宜的资料！！Ｈ馄担∕itsubishi）在其量产汽车上使用Ti-22V-4Al 钛合金气门弹簧座！！Ｖ柿拷显种扑奂跚崃42%，，气门机构惯性质量削减6%，，发起机最大转速增长300r/min！！

4、、、气门弹簧

气门弹簧的作用是使气门能的确的关闭，，尤其是发起机在高速运行时，，气门弹簧因活动速度加快，，易引起弹簧之谐振而导致气门开闭不的确，，影响发起机机能，，故气门的资料须具备质轻、、、强度大及耐委顿的个性！！ｎ押辖鹬柿壳、、、比强度大及剪力模数低，，是弹簧的梦想资料！！Ｔ餐踩ψ囱顾醯筛汉捎氡湫瘟恐叵凳饺缦：：

δ=（8ND3／Gd4） P

式中δ为弹簧变形量，，D为弹簧直径，，d为线径，，G为剪力模数，，P为弹簧负荷，，N为弹簧圈数！！

因钛合金的剪力模数G 较小会使弹簧在受负荷时变形量增长，，为了预防这种情景，，可使弹簧在设计时有较少的圈数及缩小弹簧直径，，如此不只可削减弹簧的变形量，，并且尺寸巨细仅是钢弹簧的一半，，弹簧质量仅为钢弹簧的一半！！５芍柿恳患跚幔，便可提高共振频率，，提高发起机气门弹簧谐振的临界转速，，增长发起机高速运行之效能！！６云瞪杓普叨裕，钛合金弹簧尺寸较！！，，在空间的利用上会更矫捷！！

β钛合金因拥有高强度及优良的冷加工成型性，，所所以气门弹簧的良好资料！！ＭǔＴ诿骋咨鲜褂米疃嗟摩骂押辖鹗荰i-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr（Ti-38644）！！

5、、、涡轮增压器

使用涡轮增压器能够改善发起机的点火效能并推进发起机功率及扭力！！Ｈ欢，涡轮增压器的轮机转子（turbine wheel）持久露出在850℃以上的高温废气中，，故具备耐热性是很重要的前提！！４车那峤鹗簦，如铝合金或镍基合金，，因其溶点较低，，无法使用！！９倘惶沾勺柿现柿壳崆夷透呶滦约讯焕迷诼只由希，但由于成本高及状态上无法最佳化而使得利用上受到限度！！Ｒ蚨鳷etsui 等人发展了TiAl 轮机转子，，经过了屡次的发起机试验，，不只其耐久性及效力已受到证实，，并且也能够改善发起机加快性及削减废气中的有害物质！！４讼钌杓埔殉晒Φ拿骋谆迷贛itsubishi LancerEvolution 系列车款上！！

6、、、排气系统

钛合金由于拥有优良的耐蚀性，，故很适合做为排气管（含消声器）的资料！！Ｒ蚰褪葱约眩，故排气管的管壁能够作得较！！，，约1mm 厚，，所以钛排气管与不锈钢排气管比力起来，，可减轻约60%的质量，，例如409 不锈钢排气管重达10kg，，但钛排气管质量只有3.2kg！！Ｃ骋子么款眩–P）是排气管的梦想资料，，ASTM Grade 2之纯钛（如Timetal50A）在获得性、、、制作性、、、焊接性与机械性质上是很相宜的资料！！４款芽捎诶湮孪鲁尚停，所以钛排气管适合于在室温下成型，，且其成型的设备与技术皆和钢排气管一样，，这使得钛排气管在制程上的成本并不会增长！！ｎ雅牌艿闹瞥淌抢梅旌赣氲缱韬附蛘拖洌╡xpansion box）焊合，，而后再使用惰气金属极电弧焊（gas metal arc welding , GMAW）或惰气钨极电弧焊（gas tungsten arc welding , GTAW）将排气管与膨胀箱焊接起来！！

7、、、其他钛合金部件

钛合金在车辆中宽泛利用，，能大大消减整车质量和提高耐用性，，发起机元件，，驱动齿轮系零件、、、悬挂系统和结构件、、、车体框架等来讲都可用钛合金取代钢！！Ｈ绶⑵鸹”、、、紧固件、、、车挡支架、、、制动器卡钳活塞、、、销轴栓、、、离合器圆板、、、压力板、、、节制杆、、、从动轴、、、阀弹簧和紧固件等！！

二、、、钛合金零部件的优越性

钛合金拥有质轻、、、比强度高及耐蚀性好等利益，，在汽车工业中得到了宽泛的利用，，利用最多的是发起机系统！！ｎ押辖鹆悴考的利用可減少发起机振动与噪声，，提高曲轴动弹速度，，削减曲轴应力，，得到较高的发起机扭力，，可提高发起机气门振动的临界转速，，可削减弹簧负荷，，削减气门机构磨损及降低燃油亏损！！

在汽车的消声器设计、、、制作及利用是相宜的，，一方面利用钛合金室温下的高加工性，，同时也提高利用高温强度、、、高耐氧化性及耐蠕变性！！ｎ押辖鹪谄渌考上的利用可提高人员的舒服度和汽车的美观等！！１鸬念押辖鹪谄到谀芙岛姆矫嫫鸬搅瞬怀晒兰频淖饔！！

结语

钛合金利用在汽车上已经有优良的成效，，但目前多利用于赛车及跑车上！！＜壑蛋汗笥胫谱鞒杀靖呤穷押辖鸩荒芷毡槔迷诩彝シ砍档牡鬃釉！！Ｋ裕，廉价钛合金的开发是钛合金实用化的重要关键，，以下几点是今后钛合金零部件开发利用的方向：：

1）以廉价值的增长元素取代钛合金中重要的增长元素如V、、、Mo 及Nb 等高价元素！！

2）开发易切削之钛合金！！

3）改善制作钛粉末的步骤！！

4）使用陆续铸造法出产小直径钛棒或平板，，可削减人力及能源的使用，，降低成本！！

5）选取近净型（near net）铸造技术或近净型粉末冶金制程开发廉价钛合金！！

我国正在大力发展汽车用钛的推广工作！！Ｖ鸩浇延肫盗灯鹄矗，以推进钛在汽车方面的利用！！６涤妙炎暄泄ぷ髟蛞幌蛟诜⒄梗，如粉末冶金钛和TiAl的钻研！！ｎ押辖鸺壑蛋汗笾匾鞘苤朴谀壳暗囊绷都庸ぜ际酰，而钛在地壳中的半富水平仅次于铝、、、铁、、、镁，，排第4位！！Ｓ捎陬押辖鸸ひ挡恍莸脑诿裼貌飞系目⒗茫，钛合金的产量也逐年增长，，对钛合金技术的研发也必将得到进一步加强，，钛冶炼及加工成本的降低也是必然趋向！！Ｓ捎陬押辖鹪谑迪制登崃炕、、、低燃油亏损率及高机能上的阐发，，全球领域内节能减排的要求、、、新能源汽车篷勃发展，，简化制作工艺内涵降低成本，，是将来汽车发展趋向，，所以钛合金必将在汽车工业中占有重要的职位，，得到宽泛利用！！ｎ押辖鸩考在通常家用汽车上的利用在不久的将来必将得到宽泛利用！！

参考文件

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