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1、细心整理有助于轻量化、小型化材料钛的现状1 前言钛以及钛合金灵敏运用了精彩的耐腐蚀性、高比强度强度/密度、耐热性等特点，它是以化学、电力、航空机械领域为中心而开展起来的金属材料。这些特点对于汽车部件来说是具有魅力的，在以前钛就被用于赛车和一局部限定车的特定部件之中。但是，钛及其它金属系列构造材料相比，明显的昂贵，因此，它作为用于一般量产车的汽车部件的历史还很浅，起先对其运用的广泛探究起先于最近几年。其背景是从防止地球温室化的角度，而对部件轻量化要求的更加猛烈。可以认为这是由于钛的低本钱制造技术开发获得了显著的进展，钛的特有意匠性、流行性变得引人注目的结果。有关钛的开展动向，我们可以知道，不仅仅
2、限于汽车部件，它也涉及到了一般民生用品，事实上在我们的四周，钛制品也随处可见。的确，此时此刻相当于钛已经慢慢地变更成为了我们身边材料的时代。在本文当中，对以汽车部件为主，特别是从轻量化、小型化的角度启程，以奉献显著的钛的最近技术开发觉状为主题来进展一下介绍。2.排气系统2.1.利用钛的优点排气管和消音器在车身当中为大型构造部件，将它们置换成为轻量、高强度的钛，由此而产生的轻量化，可以很大程度地帮助提高燃油经济性、发动机输出、行驶性等。另外，由于钛比铝更具有精彩的耐热性，因此，它能够适宜用于比铝耐温温度更加高温的部位，它比作为最广泛应利用的铁素体系列不锈钢和耐热钢的热膨胀率和杨氏模量还低，因此，
3、可以期盼有助于提高由于热应力降低而造成的热循环乏累特性。再有，由于消音器是车身外装设计对象部件，依据钛制化能够提高时尚性，由于它具有及其它金属不同的独特外表肌理，因此，人气也很高。以应当享受这些优点的二轮车为中心的钛金属运用事例在慢慢增加，而且钛金属作为具有新规性材料简洁引人注目，具有及钢铁不同的独特排气声音效果也具有魅力。在日本国内消音器的钛金属化，始于1997年左右的大型二轮车的售后商店。在这之后，慢慢起先装备于大型二轮车的市场销售量产车上，再以后运用量起先急剧地增加，不仅仅是在二轮车上应用，而且也起先用于一局部的四轮车上。此时此刻据统计，已经成长到了1 000t规模的市场。这样的话，就可
4、以享受涉及轻量化效果、加工性、新规性、时尚性等多领域的优点，该部件的钛金属化在快速地推动，下面就有关技术开发对课题克制的解决所做出的奉献进展一下介绍。2.2.工业用纯钛金属的利用由于排气系统部件是经过冲压和弯曲等各种冷成形加工和焊接工序制造而成的，因此，对它的冷成形性和焊接性有所要求。为了选择满足要求特性的材料，在即使是钛处理经验少的厂家也能够充分娴熟地驾驭，完善了将最通用材料的排气系统耐热钢及各种钛材料进展了的根本特性数据。有关材料的选择，在各种该产品部件成形中所须要的延长率作为30%左右，就可以充分地实现，而且选定了薄板和管简洁量产得到的JIS 2种工业用纯钛或相当于该等级的。即使是在此时
5、此刻，该材料也是最主要的排气系统用钛材料。根底特性数据的内容，从加工性的角度，涉及到在温室的延长特性、n值、值、膨胀成形性、扩孔性、焊接性，还有，作为在高温区域当中运用特性涉及到高温拉伸、高温乏累、耐循环乏累、耐酸性等多领域。特别是就有关冷成形，制成了图1所示的成形限界图FLD，为了能够在针对各种形态部件成形时的多种成形过程进展预料的同时也进展了计算机模拟技术的开发、应用。有关这些的成形性以及高温特性的根底数据，的确在快速而精确地确立排气管的设计以及制造工艺上起到了很大地帮助作用。 纯钛2种水平软质 L方向板材下料C方向板材下料纯钛2种水平硬质L方向板材下料C方向板材下料直角方向应变2图1 J
6、IS2种工业用纯钛薄板的成形界限线图其它，为了提高意匠的附加价值，有时也依据喷丸硬化和大气氧化等外表处理付及钛独特风格的外表肌理，但是，在这时候要求材料表皮的匀整性。正如在第6章所表达的那样，钛也时时用于留意外表肌理意匠性及匀整性的建筑材料上，在其技术开发当中所成长起来的高外表限制技术，也相当程度地被灵敏运用到了针对消音器的钛材料制造当中。2.3.针对高温化所接受的对策排放系统部件由于干脆接触高温的排放气体，因此，对耐热性也有所要求。从耐氧化性的角度来看，排气系统耐热钢的运用上限温度大约为8501 050C2，但是，上述所说的JIS2种纯钛，超过低温700oC之后，就急剧地进展氧化，而且高温强
7、度也低，因此，上限温度为600650Co。假如它能够成为高温强度的材料的话，就可以削减壁厚，更加地有助于轻量化，再有，依据提高耐氧化性可以应对由于发动机的高输出化和排放法规所实施的高温化的排放温度，可以将钛应用到更高温的部位，以此来推动轻量化。为了适应这些要求，比照JIS2种纯钛在高温强度和耐氧化性方面上更具有精彩表现的钛合金进展了开发。为了提高钛的高温强度，一般是，在高温状况下，添加针对相的固溶强化能大的置换型元素Al和Sn。Si也是固溶限低，但是，固溶强化能大，对于提高耐氧化性方面也是有效的，因此，进展微量地添加的状况也有很多。但是，这些元素，都会使室内温度增加，都不得不或多或少地牺牲纯钛
8、精彩的冷加工性。特别是Al，它由于增大了堆垛层错，抑制了在室温状况下作为纯钛的高加工性源泉的双晶变形，因此，冷加工性简洁下降。所以针对这种状况，开发了选择、添加了在高温区域，既可以发挥固溶强化能又不抑制双晶发生的、具有能够维持及纯钛同等高冷加工性元素的、新型钛合金Ti-l%Cu。该合金依据热处理，使加工性具有了最适当化的特点，例如，在实施了为了留意膨胀成形性和弯曲性用途的热处理状况时，它比JIS2种显示出了更加精彩的加工性。图2表示的是其例如。它是作为运用1mm厚度冷轧退火板，评价膨胀成形性最一般方法的埃里克森试验结果，它显示出了超过JIS2种纯钛，具有及JIS1种同等的成形性。另外，在作为要
9、求于深拉深性用途时，延长率多少有些下降，但是，实施了提高值的热处理，就可以对应所要求的成形加工。另外，在高温特性方面远远高于2种纯钛，如图3所示，在500700oC的高温强度，大致为JIS2种纯钛的2倍。在耐氧化性方面，也某种程度优于纯钛，假如再添加少量提高耐氧化性的第3元素，由此就能够在维持精彩冷加工性、高温强度的同时，大幅度地提高耐氧化特性。图4表示的是依据大气评价JIS2种、Ti-3Al-2.5V和开发合金Ti-1%Cu、Ti-l%Cu-0.5%Nb的耐氧化特性的结果。Ti-l%Cu-0.5%Nb在800oC也是其它数分110分的1的氧化增量，它具有特别精彩的耐氧化特性。 纯钛 纯钛图2
10、 工业用纯钛以及新开发高加工高温用合金1mm薄板的膨胀成形性图3工业用纯钛以及新开发高加工性高温用合金的高温强度图4 新开发高加工性高温用钛合金的大气中耐连续氧化特性3.发动机气门3.1.吸气气门它作为高速驱动的发动机部件，从改善燃耗、静谧、高输出化等角度启程，及其它部件相比，轻量化效果大，特别是发动机气门，作为尽可能最大限度发挥依据接受钛的轻量化效果的部件，在很早以前就对其实现钛化进展了探究。特别是吸气气门，至今很多的二轮车、四轮车上装备了钛合金的气门，其中的大局部接受的是在钛合金当中最为广泛运用的Ti-6Al-4V。在将钛合金接受到吸气气门时的最大课题是耐磨损外表处理技术的开发。钛合金的耐
11、磨损性低，这是众所周知的，因此，它在用于滑动部件的时候，大多实施硬质TiN涂层、Mo喷镀、Cr电镀等外表的处理。但是，无论怎么说都存在着本钱高，并且难于维持长期的耐磨性这样的问题。但是，此时此刻已经出现了有关在现生产车上，灵敏运用了具有在钛当中进展高浓度的固溶，提高硬度，并且，进展内部扩散以获得比拟厚硬化层特点氧的氧化处理，以及运用使氧扩散的等离子浸炭处理的相关报告。本公司特别着重于氧化处理，及爱三工业株式公司正在进展其探究。Ti-6Al-4V依据组织，材质特性明显变更，针对要求气门那样乏累特性的用途，须要乏累特性精彩的微细组织。在其当中，微细等轴组织，高温蠕变特性未必良好，在进展氧化处理那样
12、高温加热的处理时，有时也会出现由于自重，气门变形的状况，因此，须要有关防止该现象产生的相关技术开发。由于针状组织，耐蠕变特性比拟精彩，因此是适合氧化处理的组织，如图5所示，依据微细化，呈现出了及等轴组织同等的乏累特性，因此它对于进展了氧化处理之后的发动机气门来说，是最适合的组织。图5 由微细等轴以及微细针状组织构成的Ti-6Al-4V制吸气发动机气门的实体乏累特性正如众所周知的那样，付及氧化硬化层之后，耐磨性得到了提高，但是，由于付及了硬化层，乏累特性却下降了。因此，须要驾驭能够平衡这二个相反特性的最正确热处理条件。根本上，该氧化处理是大气中加热保持处理，它依据处理温度以刚好间的不同，氧的浸入
13、深度也进展变更，硬化层深度也变更。当然，在外表生成TiO2的氧化皮，从今氧在基体中进展扩散，因此，可以认为，在皮下最表层部位的硬度，即使以任何的条件进展热处理，也是同等，但是，距可以测定硬度表层数m的深度，依据各热处理条件，产生明显的硬度差。图6表示的是，依据反复付及实际气门弯曲应力所测定的氧化处理气门的S-N曲线。依据氧化硬化层厚的条件高温、长时间，乏累强度降低，但是，氧化硬化层厚最薄的670oC处理材料，能够获得及没有氧化处理时同等的高乏累强度。当然，在氧化处理条件的选择时，须要考虑耐磨特性，在充分考虑到了气门的耐磨寿命和要求乏累特性二方面因素的根底上，来确定氧化处理条件。到龟裂发生的反复
14、次数图6 以各种条件实施了氧化处理的Ti-6Al-4V制吸气发动机气门的实体乏累特性3.2.排气气门在排气气门当中接受钛合金的事例及吸气气门的状况相比少，但是，有有关运用Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si6242S和TIMETAL1100的事例报告。在这当中，TIMETAL1100在管用钛合金当中，是一种在耐热性方面最为精彩的合金。但是，据说其耐热温度为高于600oC，可以针对用于加热到像二轮车排气气门那样超过该界限的800oC左右的用途，但是，还须要把握用于800oC左右温度的最正确热处理条件，以及对在其温度区域的材质特性进展确认。因此，本公司及爱三工业株公司共同依据实施各种热
15、处理，使组织变更的TIMETAL1100在室内温度800oC左右的强度特性、乏累特性、耐高温蠕变特性等进展评价，在把握发觉最正确材质特性平衡条件的根底上，对作为发动机气门的运用可能性进展了确认。再有，对发动机气门进展了实际地制作，并对此进展了评价。图7表示的是实施了最正确热处理的TIMETAL1100合金在室温高温区域的强度特性。0.2%耐力，在室温700oC的温度范围，比作为主要气门用材料的SUH35高，大致等同于800oC。在800oC的乏累强度也及SUH35同等水平，在最令人担忧的耐高温蠕变特性方面，比SUH35还要精彩，它可以充分地用于排气气门，这一点已经得到了确认。图7 TIMETAL1100(Ti-1100)以及SUH35的室温高温拉伸强度还有，我们知道，含有Al的钛合金，在600oC左右的温度区域，长时间暴露之后的，生成被称之为2的规那么相，延长性下降。对排气气门由于也设想了在这样的温度区域，以累积时间，长时间暴露的状况，因此，实际地，对数千小时高温暴露之后的材料延长特性进展了评价，即使长时间地在600oC左右的温度区域暴露，也残留延长性，这一点也得到了确认。4.悬架弹簧型合金即使是在钛合金当中，扬氏模量也是低，为钢的1/2以下，运用到弹簧部件上之后，及钢相比的话，可以削减圈数，再加上低比重，可以发挥轻量化的效果。该部件在赛车上有运
