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鈦合金多用于制造高精密零部件

資訊詳情

鈦合金多用于制造高精密零部件

2017/10/25 11:32
【摘要】:
汽車應用鈦材的好處是不言而喻的,可大大減輕質量,降低燃耗,提高工作效率,改善環境和降低噪音,關鍵是怎樣才能夠把鈦及其合金零件的成本降低到可以接受的水平。經研究,如采用傳統的生產技術,其軋制鈦產品的成本是4.4USD/kg,根據一般的經驗,每一個加工步驟都要使其成本翻一番,所以材料費用至少達到17.6USD/kg。軋制產品在制作成最終的機械加工零件之后,其成本要高達44USD/kg。顯然,要用這樣的
  汽車應用鈦材的好處是不言而喻的,可大大減輕質量,降低燃耗,提高工作效率,改善環境和降低噪音,關鍵是怎樣才能夠把鈦及其合金零件的成本降低到可以接受的水平。經研究,如采用傳統的生產技術,其軋制鈦產品的成本是4.4USD/kg,根據一般的經驗,每一個加工步驟都要使其成本翻一番,所以材料費用至少達到17.6USD/kg。軋制產品在制作成最終的機械加工零件之后,其成本要高達44USD/kg。顯然,要用這樣的鈦材來取代常用的相應鋼制零件是不可能的。然而,采用粉末冶金鈦材則大不一樣。如果目前可以獲得的海綿鈦細粉或者殘料的價格為4.4~8.8USD/kg,那么凈形或者近凈形壓制坯料的成本就會低于4.4USD/kg;在最小數量的切削加工之后,連桿等零件的成本就是8.8~11USD/kg。粉末冶金不僅能采用低成本的原材料,而且可以降低機械加工費用,特別是凈形或者近凈形方法是生產尺寸較大、價格較低的汽車零件的有效途徑。可見,粉末冶金鈦材具有很強的競爭力。
 
 
  鈦,擁有高強度質量比、高溫下的高強度、耐腐蝕和熱穩定性等一系列優越性能而廣受關注,不過,鈦和鈦合金的傳統用途主要集中在航空航天與航海工業領域。民用鈦材的制約因素主要在產品成本。鈦的粉末冶金是一種完全不同于其他技術的鈦零部件生產方法,粉末冶金生產零部件,用的是粉末而不是海綿鈦;粉末冶金可以限制與傳統鈦生產相關的浪費,不需要真空電弧重熔、電子束熔煉或等離子弧熔煉;粉末可以直接形成任何形狀或軋制成品,減少制造一個零部件所需的原材料,產出更高。這一工藝也可以生產近凈形零部件,減少傳統零部件生產中通常伴隨的浪費,工藝步驟少,提高了產出。不過,粉末冶金也存在一些有待改進的問題,其中最主要的是污染控制問題,任何污染都將使金屬不能適用于高精密零部件。航空領域的高結構標準使得粉末冶金鈦合金出現在航空市場面臨重重困難,但它完全可以應用于結構要求沒有那么嚴格的民用領域。其中,最有可能大規模應用的行業就是汽車行業。汽車市場很龐大,一旦鈦材在汽車行業的應用得到推廣,其用鈦量將遠遠超過目前的航空、航天市場。
 
 
民用鈦材的應用前景
 
 
  目前粉末冶金鈦合金已經開始應用于新型高性能汽車上,主要用在發動機系統和底盤上,如在發動機系統中用鈦合金代替合金鋼和不銹鋼制成閥門、閥簧和連桿等零部件;在底盤上主要用作彈簧、排氣系統、半軸和各種緊固件等。日本豐田汽車公司開發出一種能有效降低成本的粉末冶金鍛造方法。用該方法制造汽車發動機鈦氣門可減重40%。進氣門是用Ti-6Al-4V合金通過粉末冶金鍛造工藝制取的,排氣門由復合材料制造,該復合材料采用一種新的合金粉末以硼化物為強化劑加工而成,其中TiB強化粉末的體積分數約為5%;基體成分為Ti-6Al-4Sn-4Zn-1Mo-0.2Si-0.3O,這種復合材料具有優異的抗蠕變性能。
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