Dalam beberapa tahun terakhir, seiring pesatnya perkembangan industri otomotif, masalah konsumsi bahan bakar, perlindungan lingkungan, dan keselamatan yang ditimbulkan oleh mobil menjadi semakin memprihatinkan. Menantikan arah masa depan industri otomotif, bobot ringan, konsumsi bahan bakar rendah, dan emisi lebih sedikit adalah tema pengembangan. Menurut statistik otoritas internasional, 60% konsumsi energi pembakaran bahan bakar otomotif adalah kualitasnya sendiri, meskipun baja tipis berkekuatan tinggi, aluminium, magnesium, komposit matriks logam dan bahan resin plastik dalam mengurangi bobot mobil saat ini telah berperan penting. peran tersebut, namun kemunculan material titanium industri membuat manufaktur mobil memiliki pilihan yang lebih baik.
Logam titanium memiliki keunggulan kepadatan rendah, kekuatan spesifik tinggi dan ketahanan korosi yang baik, penggunaan bahan titanium pada mobil dapat sangat menurunkan kualitas bodi, mengurangi konsumsi bahan bakar, meningkatkan efisiensi mesin, memperbaiki lingkungan dan mengurangi kebisingan. Namun harganya yang mahal, membuat paduan titanium di industri otomotif hanya bisa digunakan pada model mewah dan mobil sport, jarang digunakan pada mobil biasa. Oleh karena itu, penelitian dan pengembangan paduan titanium berbiaya rendah untuk memenuhi kebutuhan pasar adalah kunci untuk mempromosikan penerapannya pada mobil keluarga biasa.
Penerapan paduan titanium dalam industri otomotif
Meskipun paduan titanium telah banyak digunakan dalam industri dirgantara, petrokimia, dan angkatan laut, namun penerapannya dalam industri otomotif berkembang perlahan. Dari tahun 1956, General Motors Amerika Serikat berhasil mengembangkan mobil berbahan titanium pertama, suku cadang mobil titanium hingga tahun 1980-an mencapai tingkat produksi massal, tahun 1990-an dengan mobil mewah, mobil sport, permintaan mobil balap meningkat dari tahun ke tahun, titanium bagian telah berkembang pesat. 1990 jumlah titanium otomotif dunia yang hanya 50t pada tahun 1997 mencapai 500t pada tahun 2002 hingga mencapai 1100t pada tahun 2009, jumlah titanium dalam industri otomotif. Pada tahun 1990, jumlah titanium yang digunakan dalam mobil dunia hanya 50t, pada tahun 1997 mencapai 500t, pada tahun 2002 mencapai 1100t, pada tahun 2009 mencapai 3000t, dan diperkirakan jumlah titanium yang digunakan dalam mobil dunia akan melebihi 5000t pada tahun 2015.
1. Batang penghubung mesin
Paduan titanium adalah pilihan ideal untuk material batang penghubung. Batang penghubung mesin yang terbuat dari paduan titanium dapat secara efektif menurunkan kualitas mesin, meningkatkan pemanfaatan bahan bakar, dan mengurangi gas buang. Dibandingkan dengan batang penghubung baja, batang penghubung titanium dapat mengurangi massa sebesar 15% hingga 20%. Penerapan batang penghubung titanium pertama kali diterapkan pada mesin baru Ferrari 3.5LV8 dan Acura NSX di Italia. Bahan yang digunakan dalam batang penghubung paduan titanium sebagian besar adalah Ti-6Al-4V, Ti-10V-2Fe-3Al, Ti-3 Al-2.0V dan Ti-4Al-4Mo-Sn-0.5Si, dll. Bahan paduan titanium lainnya, seperti Ti-4Al{{ 19}}Si-4Mn dan Ti-7M-4Mo, juga sedang dikembangkan untuk digunakan pada batang penghubung.
2. Katup Mesin
Katup mesin mobil yang terbuat dari paduan titanium tidak hanya dapat menurunkan kualitas dan memperpanjang masa pakai, tetapi juga mengurangi konsumsi bahan bakar dan meningkatkan keandalan mobil. Dibandingkan dengan katup baja, katup titanium dapat menurunkan kualitasnya sebesar 30% hingga 40%, dan kecepatan batas mesin dapat ditingkatkan sebesar 20%. Sejauh menyangkut penerapan saat ini, bahan katup masuk sebagian besar adalah Ti-6Al{-4V, dan bahan katup buang sebagian besar adalah Ti-6242S. Biasanya Sn dan Al dijumlahkan untuk mendapatkan kerapuhan yang lebih rendah dan kekuatan yang lebih tinggi; penambahan Mo dapat meningkatkan sifat perlakuan panas paduan titanium, memperkuat kekuatan paduan titanium yang telah padam dan berumur, sekaligus meningkatkan kekerasan. Paduan titanium lain yang berpotensi dikembangkan adalah:
(1) katup masuk dapat menggunakan Ti-62S, karakteristiknya setara dengan Ti-6Al-4V, dan lebih murah.
(2) pintu pembuangan dapat digunakan Ti-6Al-2Sn-4.0Zr-0.4-Mo-0 0,45Si, karena kandungan Mo lebih rendah, sehingga ketahanannya terhadap ketahanan laten dibandingkan Ti-6242S lebih unggul, tahan oksidasi suhu hingga 600 derajat.
(3) katup buang dapat digunakan -TiAl, yang memiliki ketahanan suhu tinggi dan ringan, tetapi pemrosesannya tidak cocok untuk metode penempaan tradisional, hanya cocok untuk pemrosesan pengecoran dan metalurgi serbuk.
3. Kursi pegas katup
Kekuatan tinggi dan ketahanan lelah adalah dudukan pegas katup harus memiliki kinerja paduan titanium untuk paduan jenis perlakuan panas, dapat berupa perlakuan penuaan larutan padat untuk mendapatkan kekuatan tinggi, bahan yang lebih cocok adalah Ti - 15V {{1 }}Cr - 3Al - 3Sn dan Ti - 15Mo - 3Al - 2.7Nb - 0.2Si. Mitsubishi Motors dalam produksi mobil dalam skala besar menggunakan dudukan pegas katup paduan titanium TI-22V - 4Al, katup paduan titanium TI-22V - 4Al kursi pegas cocok untuk produksi mobil. Kursi pegas katup paduan titanium 4Al, dibandingkan dengan kait baja asli untuk mengurangi massa sebesar 42%, rangkaian katup mengurangi inersia massa sebesar 6%, kecepatan maksimum mesin meningkat sebesar 300r/menit.
4. Pegas paduan titanium
Titanium dan paduannya memiliki modulus elastisitas yang rendah dibandingkan bahan baja, nilai σs/E yang besar, cocok untuk pembuatan komponen elastis. Dibandingkan dengan pegas baja mobil, dengan dasar kerja elastis yang sama, tinggi pegas titanium hanya 40% dari pegas baja, dan kualitasnya hanya 30% hingga 40% dari pegas baja, yang sesuai untuk desain pegas baja. badan mobil. Selain itu, kinerja kelelahan paduan titanium yang sangat baik dan ketahanan terhadap korosi dapat meningkatkan masa pakai pegas. Saat ini material paduan titanium yang tersedia untuk pembuatan pegas otomotif adalah Ti-4.5Fe6.8Mo-1.5Al dan Ti-13V11C-3Al dan seterusnya.
5. Turbocharger
Turbocharger dapat meningkatkan efisiensi pembakaran mesin serta meningkatkan tenaga dan torsi mesin. Rotor turbin turbocharger perlu bekerja dalam waktu lama pada gas buang bersuhu tinggi di atas 850 derajat, sehingga memerlukan ketahanan panas yang baik. Logam ringan konvensional seperti paduan aluminium tidak dapat digunakan karena titik lelehnya yang rendah. Meskipun bahan keramik telah digunakan pada rotor turbin karena bobotnya yang ringan dan ketahanan terhadap suhu tinggi, penggunaannya dibatasi oleh biaya tinggi dan ketidakmampuan untuk mengoptimalkan bentuknya. Untuk mengatasi masalah ini, Tetsui dkk. mengembangkan rotor turbin TiAl, yang telah teruji dan terbukti tidak hanya memiliki daya tahan dan efisiensi yang baik, tetapi juga meningkatkan akselerasi mesin. Desain ini telah berhasil dikomersialkan pada seri Mitsubishi Lancer Evolution.
6. Sistem pembuangan dan knalpot
Titanium digunakan dalam jumlah besar pada sistem pembuangan mobil. Sistem pembuangan yang terbuat dari titanium dan paduannya tidak hanya meningkatkan keandalan, umur panjang, dan penampilan, namun juga mengurangi massa dan meningkatkan efisiensi pembakaran bahan bakar. Massa sistem pembuangan titanium dapat dikurangi sekitar 40% dibandingkan sistem pembuangan baja. Pada seri Golf, massa sistem pembuangan titanium dapat dikurangi 7 hingga 9 kg, dan bahan titanium yang digunakan dalam sistem pembuangan sebagian besar adalah titanium murni.
Massa knalpot titanium hanya 5-6kg, lebih ringan dari knalpot baja tahan karat, dll. Mobil Chevrolet CorvetteZ06 tahun 2000 dengan sistem knalpot dan pipa knalpot titanium 11,8kg, bukan sistem baja tahan karat 20kg yang asli, kualitasnya berkurang 41%. Sistem penggantiannya memiliki kekuatan yang sama dan membuat mobil lebih cepat, lebih bermanuver, dan lebih hemat bahan bakar. Titanium yang digunakan untuk knalpot sebagian besar juga merupakan titanium murni.
7. Bagian Rangka Bodi
Untuk meningkatkan keselamatan dan keandalan mobil, perlu dipertimbangkan aspek desain dan manufaktur, terutama bahan yang digunakan dalam pembuatannya. Titanium adalah bahan yang sangat baik untuk rangka bodi, tidak hanya karena kekuatan spesifiknya yang tinggi namun juga karena ketangguhannya. Di Jepang, produsen mobil memilih tabung las titanium murni untuk membuat rangka bodi, yang dapat membuat pengendara merasa cukup aman saat berkendara.
8. Komponen titanium lainnya
Selain komponen di atas, titanium juga digunakan pada lengan ayun mesin, pegas suspensi, pin piston mesin, pengencang otomotif, mur roda, balok penonjol pintu otomotif, braket roda gigi otomotif, piston kaliper rem, pin pin, pelat penekan, tombol roda gigi dan pelat kopling otomotif dan suku cadang otomotif lainnya.
