目前,降低成本是汽車工業用鈦合金的主要研究方向。針對汽車工業用鈦合金成本分布的特點,材料研發工作者主要從以下兩個方面來達到降低成本的目的:開發新型低成本合金體系和使用新型加工制備技術。
各國工作者研發新型低成本鈦合金體系,主要著眼以下方面:使用廉價合金元素的合金設計和改善加工特性的合金設計。其中代表有日本和美國,我國國內也成功開發出了兩種低成本鈦合金,即Ti8LC與Ti12LC。在車用低成本鈦合金成分設計中,常使用的廉價合金元素有Fe、Cr、Si、Al等。
鈦合金材料在生產過程中加工成本占總成本的60%以上,因此在降低成本方面,怎樣降低鈦合金的加工成本成為重點研究的方向。這方面的研究主要分為兩方面:一是改進傳統鑄鍛工藝,二是采用粉末冶金近凈成形技術。
在新型鍛造工藝研制開發中,冷鍛法是目前鈦合金制造汽車零部件最寄予希望的方法之一。β鈦合金在常溫下變形阻力小,切削加工成形好,是可以進行冷鍛造的材料,目前日本已經開發出三種冷變形的β鈦合金。β鈦合金也有一些不足,在冷鍛時容易產生不均勻變形,且容易粘附在模具上,因此用冷鍛技術量產β鈦合金零部件還需要進一步的探索與開發。
在降低鈦合金加工成本方面,粉末冶金是一項很重要的技術。在粉末冶金汽車零部件制造方面,傳統的壓制—燒結方法仍然處在主導地位,主要包括元素粉末法(BE)和預合金粉末法(PA)。目前元素粉末法因為其簡單的工藝及更低的成本,在低成本汽車鈦合金粉末冶金領域應用最廣泛。近年來,其他的粉末冶金技術也在不斷出現,包括激光成形技術、金屬粉末注射成形(MIM)等技術,在車用復雜零部件試制與生產方面得到了廣泛的應用,可大大的縮短產品開發與生產周期,進一步的降低成本。
新一代汽車設計更重視車身的輕量化、燃料的低消耗、發動機的低噪聲及輕振動,以滿足環境日益苛刻的要求。在這種背景下,輕金屬鈦將成為未來汽車的一種主要應用選擇材料。綜合考慮目前車用低成本鈦合金的研究現狀可以發現,為了進一步降低車用鈦合金成本,應主要著眼于以下幾方面的研究:
1)在低成本合金體系開發方面,盡量在不影響性能的前提下開發不用或少用昂貴合金元素的合金體系,同時要充分發展利用回收的鈦合金。
2)在鑄鍛工藝開發方面,向開發β鈦合金及冷變形鈦合金方向發展,進行其量產化的可行性研究。
3)在粉末冶金方面,在保證低成本優勢的同時,還需要進一步提高鈦制件的性能。
隨著經濟的發展以及鈦的成本降低,會有更多的工程設計人員將選擇鈦件用作汽車零部件。鈦合金最終將在汽車工業生產中占有重要的地位。
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