一、鈦與鈦合金的優點

鈦合金是一種新型結構及功能材料，它具有優異的綜合性能，密度小，比強度高。鈦的密度為 4.51g/cm 3 ，介于鋁（2.7g/cm 3 ）和鐵（7.6g/cm 3 ）之間。鈦合金的比強度高于鋁合金和鋼，韌性也與鋼鐵相當。鈦及鈦合金抗蝕性能好，優于不銹鋼，特別是在海洋大氣環境中抵抗氯離子的侵蝕和微氧化氣氛下耐蝕性好，鈦合金的工作溫度較寬，低溫鈦合金在 -253℃還能保持良好的塑性，而耐熱鈦合金的工作溫度可達 550℃左右，其耐熱性明顯高于鋁合金和鎂合金。同時具有良好的加工性、焊接性能。

鈦金屬的優點 : 強度高 , 重量輕、耐高溫、抗腐蝕性強彈性模量約是鋼的一半 , 熱膨脹系數低，約是不銹鋼及鋁材的 50%, 無磁性 , 熱導率低 , 耐腐蝕、對環境無污染等。因此 , 不但宇航工業及化學工業已大量用鈦 , 而且作為汽車用材很早就引起人們的注意。汽車用鈦可極大減輕車重 , 降低燃料消耗 , 提高工作效率 , 改善環境和降低噪音等。

二、鈦合金在汽車上的應用

盡管鈦合金已廣泛應用于航空航天、石油化工以及艦船工業上，但是在汽車工業中的應用卻發展緩慢。從 1956年美國通用公司研制成功第一輛全鈦汽車開始，鈦制汽車零部件直到 20 世紀80 年代才達到批量生產的水平，90 年代隨著豪華汽車、跑車、賽車需求量的逐年增加，鈦制零部件才得到了飛快發展。1990 年全世界汽車用鈦量僅為 50t，1997 年 達 到 了 500t，2002 年達到了 1100t，2009 年達到了 3000t，預計 2015 年全世界汽車用鈦量將突破5000t。目前鈦合金零部件有以下幾種比較常用。

1、發動機連桿

鈦合金是連桿用材料的理想選擇。

用鈦合金制造的發動機連桿能有效減輕發動機質量，提高燃油利用率和減少排氣量。相比于鋼制連桿，鈦制連桿可減輕 15% ～ 20% 的質量。鈦合金連桿的應用首先在意大利的新型法拉利轎車 3.5LV8 與 Acura 的 NSX 發動機上得到了體現。鈦合金連桿所用的材料主要有 Ti － 6Al － 4V、Ti － 10V － 2Fe －3Al、Ti － 3Al － 2.0V 和 Ti － 4Al －4Mo － Sn － 0.5Si 等，其他鈦合金材料如 Ti － 4Al － 2Si － 4Mn 和 Ti － 7M －4Mo 等在連桿中的應用也在研發中。

2、發動機氣門

用鈦合金制造的汽車發動機氣門，不但能減輕質量、延長使用壽命，而且可降低油耗和提高汽車的可靠性。鈦制氣門與鋼制氣門相比，質量可減少30% ～ 40%，發動機極限轉速可提高20%。就目前的應用而言，進氣門的材料以 Ti － 6Al － 4V 為主，排氣門的材料以 Ti － 6242S 為主，通常 Sn 和 Al 一起被添加，可以得到較低的脆性和較高的強度；Mo 的添加可改善鈦合金的熱處理性能，加強淬火及時效鈦合金的強度，同時增加硬度。

3、氣門彈簧座

高強度及耐疲勞性是汽門彈簧座必須具備的性能，β 鈦合金為熱處理型合金，能通過固溶時效處理來獲得很高的強度，相應的比較適合的材料有 Ti·15V － 3Cr － 3Al － 3Sn 與 Ti －15Mo － 3Al － 2.7Nb － 0.2Si。 三 菱汽車在其規模化生產汽車上使用 Ti －22V － 4Al 鈦合金汽門彈簧座，較原鋼制鎖扣減輕了 42% 的質量，氣門機構減少了 6% 的慣性質量，發動機最大轉速增加了 300r/min。

4、鈦合金彈簧

鈦及其合金相對于鋼材料具有較低的彈性模量，σs/E 值大，適合制造彈性元件。與鋼制汽車彈簧相比，在相同彈性功的前提下，鈦制彈簧的高度僅為鋼彈簧的 40%，質量僅為鋼制彈簧的 30% ～ 40%，便于車體設計。另外，鈦合金優異的疲勞性能和耐蝕性能可提高彈簧的使用壽命。目前，可用來制造汽車用彈簧的鈦合金材料有 Ti －4.5Fe6.8Mo － 1.5Al 和 Ti － 13V11C －3Al 等。

5、渦輪增壓器

渦輪增壓器可以提高發動機的燃燒效率并增強發動機的功率及扭力。渦輪增壓器的輪機轉子需要長期工作在 850℃以上的高溫廢氣中，因此要求有很好的耐熱性。傳統的如鋁合金等輕金屬，因熔點較低而無法使用。雖然陶瓷材料因為重量輕且耐高溫性佳而在輪機轉子上得到應用，但由于成本高及形狀上無法最佳化而使其應用受限。為了解決這些問題，Tetsui 等人研發了 TiAl輪機轉子，經過多次試驗驗證，其不但具有良好的耐久性及效能，而且也能改善發動機的加速性。此項設計已成功在MitsubishiLancerEvolution 系列車型上得到了商業化應用。

6、排氣系統及消聲器

鈦在汽車的排氣系統中使用量較大。用鈦及其合金制造的排氣系統，不僅可以提高可靠性、延長壽命和改善外觀，還可以減少質量及提高燃料燃燒效率。鈦制排氣系統與鋼制排氣系統相比，質量可減少約 40%。在 Go1f 系列汽車中，鈦制排氣系統質量可減少 7 ～ 9kg，目前排氣系統使用的鈦材主要為工業純鈦。

鈦制消聲器質量只有 5 ～ 6kg，比不銹鋼等消聲器輕。2000 款雪佛萊CorvetteZ06 汽車上用一個 11.8kg 的鈦消聲器和尾氣管系統代替原來 20kg 的不銹鋼系統，質量減輕了 41%。替代后的系統強度不變，并使汽車速度更快、操作更靈活及節約燃料。消聲器使用的鈦材同樣主要是工業純鈦。

7、車體框架部分

為了提高汽車的安全性和可靠性，需要從設計和制造方面，尤其是制造材料方面進行考慮。鈦是一種用來制造車體框架很好的材料，其不僅比強度較高，還具有良好的韌性。在日本，汽車生產廠商選擇純鈦金屬焊接管制作車身框架，這種框架能夠使得駕車者在駕駛時具有足夠的安全感。

8、其他鈦合金部件

除了以上幾種部件，鈦還應用于發動機搖臂、懸掛彈簧、發動機活塞銷、車用緊固件、掛耳螺帽、汽車門突入梁、汽車擋支架、制動器卡鉗活塞、銷軸栓、壓力板、變速按鈕及汽車離合器圓板等汽車零件。

相關鏈接