자동차 경량화 제조에 티타늄 합금 적용

티타늄 및 티타늄 합금은 저밀도, 우수한 기계적 특성, 우수한 생체 적합성, 내식성, 고온 저항성 및 우수한 저온 인성의 특성을 가지고 있습니다. 현재 그들은 자동차 제조에 널리 사용되었습니다. 티타늄 합금의 밀도는 강철의 60 %에 불과하며 강도는 800MPa 이상에 도달 할 수 있습니다. 약 500 ° C에서도 여전히 우수한 기계적 특성을 유지하며 용접 및 성형 특성이 좋습니다. 20 년 이상 전에 경주 용 자동차 제조에 사용되었습니다. 레이싱 엔진의 품질을 크게 낮추는 동시에 엔진 성능을 향상시킵니다.

현재 자동차 제조에 사용되는 티타늄 합금 부품은 주로 자동차 배기 시스템, 엔진 시스템, 변속기 및 진동 감소 시스템, 차체 프레임 부품에 분포되어 있습니다.

1. 배기 시스템

자동차 배기 시스템 재료는 우수한 고온 기계적 특성과 S 및 Cl 요소 부식에 대한 저항성을 가져야합니다. 기존의 배기 밸브 구성 요소는 스테인리스 스틸로 만들어졌지만 티타늄 합금이 성능 측면에서 배기 밸브 재료에 더 적합하다는 것이 밝혀졌습니다.

새로운 Chevrolet Corvette Z206 자동차에 사용 된 티타늄 리턴 파이프는 스테인리스 스틸 파이프의 공식 부식 및 용접 부식을 효과적으로 방지하는 동시에 연료 연소 효율과 가속 능력을 향상시키고 제동 거리를 단축합니다.

미국 최대 티타늄 제조업체 인 Timet은 티타늄 합금 배기 시스템의 연구 개발 및 제조에 전념해 왔으며 많은 일본 기업들도 관련 연구 개발 작업을 수행했습니다. 현재 Fuji Heavy Industries Co., Ltd.는 제한된 수의 티타늄 합금 차량 배기 시스템을 440 세트 생산했습니다. 기관.

2. 엔진 시스템

자동차 엔진 시스템은 자동차 분야에서 가장 많이 사용되는 티타늄 합금 부품입니다. 엔진 시스템에서 티타늄 합금의 적용은 주로 밸브, 커넥팅로드, 크랭크 샤프트, 밸브 시트 및 기타 부품을 포함합니다.

일본' s Honda Motor Company는 NSX 레이싱 V-6 엔진에 단조 티타늄 커넥팅로드를 사용합니다. Mitsubishi Motors는 고용량 4 기통 엔진에 티타늄 밸브 스프링 시트를 사용하고 포르쉐 자동차도 티타늄 커넥팅로드를 사용합니다.

(1) 밸브

티타늄 합금 밸브와 관련하여 미국과 일본은 많은 연구를 수행했습니다. 현재 미국은 일반적으로 흡기 밸브를 만들기 위해 Ti-6Al-4V 합금을 사용하고 배기 밸브를 만들기 위해 Ti-6Al-2Sn-4Zr-2M o 합금을 사용합니다. 일본에서 Toyota는 흡기 밸브에 Ti-6Al-4V / Ti B 합금을 사용하고 배기 밸브에 Ti-Al-Zr-Sn-Mo-Nb-Si / Ti B 합금을 사용합니다. 이러한 유형의 티타늄 합금은 모두 우수한 고온 기계적 특성, 내 산화성 및 내 크리프 성을 가지고있어 엔진 성능을 효과적으로 개선하고 차량 속도를 높입니다.

(2) 밸브 시트

티타늄 합금 밸브 시트는 경주 및 스포츠카에 널리 사용되었습니다. 매년 250,000 개 이상의 세트가 생산됩니다. 그들은 주로 Ti-6Al-4V 또는 Ti-5Al-2Cr-1Fe 합금으로 만들어집니다. 밸브 시트의 모양이 비교적 단순하기 때문에 가공 요구 사항이 높지 않고 특별한 표면 처리가 필요하지 않으며 비용이 상대적으로 저렴하며 자동차의 무게를 줄이는 효과가 분명합니다.

(3) 커넥팅로드

티타늄 합금 커넥팅로드를 사용하면 엔진의 품질을 효과적으로 낮추고 자동차의 성능을 향상시킬 수 있습니다. 현재 주요 준비 재료는 Ti-6Al-4V 합금입니다. Japan Daido Co., Ltd.는 현재 가공성이 우수하고 기계적 특성, 피로 특성 및 내식성이 우수한 2 상 티타늄 합금 Ti-3Al-2V-0.2Si-0.47Ce-0.27La를 개발 중입니다. , 가감 속이 빠른 엔진의 커넥팅로드 부품에 사용될 것으로 예상된다.

(4) 크랭크 샤프트

현재 티타늄 합금 크랭크 샤프트는 널리 사용되지 않았지만 일본에서 특별히 개발 한 Ti-3Al-2.5V 합금은 혼다 레이싱 카에서 검증되었습니다. 품질을 효과적으로 낮추면서 엔진 속도를 700r / min 증가시켜 티타늄 합금 크랭크 축의 우수성을 증명합니다. 동시에 일본은 Ti-5Al-2Cr-Fe 합금 크랭크 축을 시범 생산했으며, 티타늄 합금이 크랭크 축 부품에 더 널리 사용될 것으로 예상됩니다.

3. 감쇠 시스템

자동차 댐핑 서스펜션 시스템의 핵심 구성 요소는 서스펜션 스프링입니다. 일반 자동차 스프링 강에 비해 티타늄 합금은 비강도가 높고 전단 계수가 낮으며 피로 강도가 높아 자동차 댐핑 스프링 제조에 더 적합합니다. 스프링의 처짐은 회전 수에 정비례하고 재료의 전단 계수에 반비례하기 때문에 티타늄 합금 스프링은 동일한 스프링 응답을 달성하는 조건에서 강철 스프링보다 적은 회전을 필요로합니다. 봄의 품질. , 공간을 절약하십시오.

동시에 티타늄 합금 스프링은 스프링의 공진 주파수를 효과적으로 증가시키고 수명을 늘릴 수 있습니다. 현재 대부분의 티타늄 합금 스프링은 단상 β 티타늄 합금으로 만들어집니다. 독일 Volkswagen Company는 일부 자동차에 Lupo FSI 티타늄 합금 기어 스프링을 사용했으며 그 양은 약 3,500입니다.

4. 본체 프레임

차체 프레임 구성품 측면에서 볼 때 티타늄 합금의 높은 비강도, 낮은 밀도 및 우수한 내식성은 차체 프레임 준비에 좋은 재료임을 나타냅니다. 현재 일부 자동차 회사는 기어 브래킷 및 브레이크 캘리퍼 피스톤과 같은 부품에 티타늄 합금을 사용했습니다. 변속기 부품 중 일본은 현재 티타늄 합금 케이스를 제조하기위한 고 방사 공정을 개발하고 있습니다. 강철 케이스와 비교하여 티타늄 합금 케이스는 플라이휠의 충격을 더 잘 줄이고 더 나은 쿠션 효과를 가질 수 있습니다.

또한 티타늄 합금은 자동차 패스너 및 기타 구성 요소에도 사용되었습니다. 티타늄 합금 준비 기술과 자동차 산업의 지속적인 발전으로 티타늄 합금은 확실히 자동차 부품에 더 널리 사용될 것입니다.

5. 자동차 경량화에 대한 티타늄 합금의 중요성

외국 연구 기관은 자동차 서비스 품질이 10 % 떨어지면 연료 소비량을 6 %에서 8 %까지 줄일 수 있다는 사실을 계산 한 결과' 연구에 따르면 체중이 91kg 감소 할 때마다 연료 1 리터당 평균 0.43km를 이동할 수 있습니다. 따라서 우리나라 경제의 지속적인 발전과 자동차 수의 지속적인 증가로 자동차의 경량화는 에너지 소비를 줄이고 대기 오염을 줄이는 중요한 방법 중 하나가되었습니다.

티타늄 및 티타늄 합금 소재는 우수한 물리적 및 화학적 특성으로 인해 현재 자동차 부품에 널리 사용됩니다. 티타늄 소재의 사용은 자동차의 성능과 안전 요소를 효과적으로 개선 할뿐만 아니라 자동차의 경량화에 중요한 역할을하여 자동차의 서비스 품질을 효과적으로 낮추고 연료 소비를 줄입니다. .

기존의 스테인레스 스틸 시스템과 비교하여 티타늄 배기 노즐 리턴 파이프 어셈블리는 자동차 배기 시스템에 사용되어 무게를 약 8.2kg 줄일 수 있습니다. 밸브 및 커넥팅로드와 같은 엔진 부품의 기존 강철 및 주철 재료를 대체하기 위해 티타늄 합금 제품을 사용하면 엔진의 품질이 효과적으로 저하 될 수 있습니다.

일본 자동차 산업의 연구에 따르면 자동차 파워 밸브에 약 0.8kg의 티타늄 소재를 사용하는 것은 강철 부품 20kg의 효과에 해당합니다. 각 티타늄 밸브 시트는 강철 밸브 시트에 비해 약 10g의 무게를 줄일 수 있습니다. 로드와 크랭크 샤프트조차도 엔진 질량을 줄이는 데 가장 효과적인 티타늄 합금에 사용됩니다.

진동 감쇠 시스템에서 각 티타늄 합금 스프링은 강철 스프링에 비해 질량을 60 % 이상 줄일 수 있습니다. 차량 당 4 개의 서스펜션 스프링을 기준으로 티타늄 합금 스프링으로 변경 후 차량 당 9 ~ 13.6kg까지 무게를 줄일 수 있습니다. 또한 티타늄 합금 소음기의 질량은 5 ~ 6kg에 불과하여 스테인리스 소음기보다 40 % 가볍습니다.

일반 중형차를 예로 들어 기존 티타늄 합금 자동차 부품을 기존 부품을 대체하면 자동차'의 연석 중량이 약 1500kg에서 약 1000kg으로 줄어들어 중량이 감소합니다. 속도는 30 %에 도달 할 수 있으며 전체 연료 소비량은 20 %까지 줄일 수 있습니다. 위, 이것은 세계의 연료 소비를 크게 줄이고 에너지 부족 및 환경 오염 문제를 효과적으로 완화 할 것입니다.

위의 데이터는 티타늄 합금의 사용이 자동차의 무게를 줄이는 데 상당한 효과가 있음을 보여줍니다. 현대 자동차 산업에서는 자동차 부품에 티타늄 및 티타늄 합금의 응용 기술을 지속적으로 개발하여 자동차 내 티타늄 합금의 비중을 높여야합니다.

현재 우리나라의 자동차 산업에서 티타늄 합금의 적용은 아직 시험 단계에 있습니다. 주된 문제는 티타늄 합금 재료의 비용이 너무 높고 부품을 가공하기가 어렵다는 것입니다.

따라서 향후 주요 과제는 저렴한 티타늄 합금 소재를 개발하여 티타늄 합금 부품의 가격을 낮추고, 티타늄 합금 원료의 원가를 절감하며, 가공 기술을 개선하여 티타늄 합금 부품의 가공 효율을 높이는 것입니다.

외국 경험에 따르면 자동차 설계 및 제조와 티타늄 합금 연구 개발의 조합 만이 자동차에 고품질의 티타늄 합금 재료를 제공 할 수 있습니다.

연구 개발이 지속적으로 심화됨에 따라 티타늄 및 티타늄 합금은 우리나라의 현대 자동차 산업에서 점점 더 중요한 역할을하고 자동차 산업의 지속적인 발전을 촉진 할 것으로 믿어집니다.

니콜