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汽车轻量化——钛合金

 野萌君

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钛合金的主要优点是低密度、高强度-密度比和优异的耐腐蚀性,另外即使在温度升至500°C时仍能保持很高的强度。钛合金的密度是4.43g/cm³。明显比钢的密度低,钛合金的拉伸弹性模量是114GPa,约为钢的拉伸弹性模量的一半。

钛合金用于汽车与钢、铝合金以及镁合金相比的主要缺点是成本高i,每千克钛合金薄板的价格为18~110美元,每千克薄钢板的价格仅为0.07~1.30美元,每千克铝合金薄板的价格为2.20~11美元,钛合金应用于车身板件和车身构件时,在成本上是无法与钢或铝合金竞争的,但是钛合金在汽车其他方面的应用具有轻量化的潜力,其应用之一是悬架弹簧,在这一应用中,钛合金较低的剪切弹性模量和较高的疲劳强度使其由于钢材料。由于弹簧的变形与材料的剪切弹性模量成反比,钛合金螺旋弹簧可以设计成比钢弹簧较少的工作圈数,这部件减轻了重量,而且增加了其固有的振动频率。在汽车上首先使用钛合金螺旋弹簧的是大众的Lupo FSI.

钛合金的另一个有潜力的应用是排气系统,流行使用的不锈钢排气管、因为钛合金的抗氧化温度高达到700°C,由于钛合金的密度低,使用钛合金代替目前流行使用的不锈钢排气管、消声器和排气系统其他部件可以明显减低重量。钛合金消声器是CorvetteZ06汽车的选装件,比不锈钢消声器轻41%,由于排气系统的许多部件都是冷加工成型的,所以建议使用工业纯钛(非合金)材料(一级或二级),因为纯钛比α/β或β钛合金具有更好的应力-失效特性和可成形性。但非合金钛更适合于制造排气系统的后部分部件,因为后部分部件的温度低于前部分部件。

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