Το τιτάνιο και το κράμα του προσφέρουν εξαιρετικές συνολικές επιδόσεις, όπως εξαιρετικό ελαφρύ βάρος, καλή αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες και αντοχή στη διάβρωση, έχει αρχικά χρησιμοποιηθεί στη ναυτιλιακή βιομηχανία για να αντισταθεί στη διάβρωση των ιόντων χλωρίου και της ατμόσφαιρας μικροοξείδωσης. Το κράμα τιτανίου έχει καλύτερη αντοχή στη θερμότητα από το κράμα αλουμινίου και το κράμα μαγνησίου, η θερμοκρασία λειτουργίας μπορεί να φθάσει περίπου τους 550 ℃. Το μέτρο ελαστικότητας του κράματος τιτανίου είναι περίπου το μισό του χάλυβα, ο χαμηλός συντελεστής θερμικής διαστολής του είναι περίπου 50% του ανοξείδωτου χάλυβα και του αλουμινίου, μη μαγνητικό, χαμηλή θερμική αγωγιμότητα, ταυτόχρονα έχει καλή κατεργασία και απόδοση συγκόλλησης, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για διάφορα μέρη.

Το τιτάνιο έχει εξαιρετικό σημείο τήξης και είναι πολύ ανθεκτικό στη διάβρωση. Είναι επίσης ελαφρύς, γεγονός που τον καθιστά ιδανικό για εξαρτήματα αυτοκινήτων. Τα τελευταία χρόνια, χρησιμοποιούνται όλο και περισσότερο στην αυτοκινητοβιομηχανία, η οποία μπορεί να μειώσει σημαντικά το βάρος του οχήματος, να μειώσει την κατανάλωση καυσίμου και τον θόρυβο, και τώρα τα κράματα τιτανίου γίνονται μια δημοφιλής επιλογή για εξαρτήματα αυτοκινήτων, από βαλβίδες κινητήρα έως ζάντες ελαστικών. Είναι σε θέση να μειώσουν το βάρος του κινητήρα και να βελτιώσουν την αποδοτικότητα των καυσίμων, ενώ παράλληλα βελτιώνουν την εμφάνιση των οχημάτων. Μπορούν επίσης να μειώσουν τις εκπομπές ρύπων και να μειώσουν το κόστος ιδιοκτησίας για τους ιδιοκτήτες αυτοκινήτων. Ακολουθούν ορισμένα κύρια εξαρτήματα τιτανίου της αυτοκινητοβιομηχανίας. Από το 1956, όταν η GM ανέπτυξε με επιτυχία το πρώτο αυτοκίνητο από τιτάνιο, η ζήτηση για πολυτελή αυτοκίνητα, σπορ αυτοκίνητα και αγωνιστικά αυτοκίνητα αυξάνεται χρόνο με το χρόνο. Μέχρι το 2015, η ποσότητα τιτανίου που χρησιμοποιείται στα αυτοκίνητα στον κόσμο έχει ξεπεράσει τους 5.000 τόνους.

Έτη Ανταλλακτικά Υλικό Εταιρεία Τύπος αυτοκινήτου
1992 Ράβδος σύνδεσης Ti-6Al-4V Honda Acura NSX
1994 Ράβδος σύνδεσης Ti-6Al-4V Ferrari 12 κύλινδρος
1996 Μπουλόνι τροχού Ti-6Al-4V Polsh Προαιρετικοί τροχοί σπορ αυτοκινήτου
1998 Καρφίτσα φρένου Gr2 Mercedes S - επίπεδο
1998 Δακτύλιος στεγανοποίησης κυλίνδρου 1STi VW όλα
1998 Λαβή αλλαγής ταχυτήτων Gr1 Honda S 2000 live top sedan
1999 Ράβδος σύνδεσης Ti-6Al-4V Polsh CT3
1999 βαλβίδα Ti-6Al-4V και PM-Ti Toyota Al Tezza
1999 Ρότορας στροβιλοσυμπιεστή Ti-6Al-4V Mercedes Κινητήρας ντίζελ φορτηγού
2000 Ελατήριο ανάρτησης Timetal LCB Το κοινό Lupo FSI
2000 Μπουλόνι τροχού Ti-6Al-4V BMW M - Τεχνικά αξεσουάρ
2000 Υποδοχή ελατηρίου βαλβίδας Ti-6Al-4V Mitsubishi 1.81 ο κύλινδρος
2000 Ρότορας στροβιλοσυμπιεστή γ-Ti Al Mitsubishi Lancer
2001 Σύστημα εξάτμισης Gr.2 Ti General Motors Corvett Z06
2001 Μπουλόνι τροχού Ti-6Al-4V VW Αθλητικό GTI
2002 Τύπος βαλβίδας Ti-6Al-4Vκαι PM-Ti Nissan Infiniti Q45
2003 Ελατήριο ανάρτησης Timetal LCB Ferrari 360 Stradale

Το πλαίσιο του αυτοκινήτου

Το τιτάνιο είναι ένα καλό υλικό για πλαίσια αμαξωμάτων αυτοκινήτων λόγω της υψηλής αντοχής και της καλής ανθεκτικότητάς του. Στην Ιαπωνία, οι κατασκευαστές αυτοκινήτων έχουν επιλέξει εμπορικούς συγκολλητούς σωλήνες τιτανίου για τα πλαίσια του αμαξώματος, ένα ισχυρό μέταλλο που επιτρέπει στους οδηγούς να αισθάνονται ασφαλείς πίσω από το τιμόνι.

Ο κινητήρας

Το κράμα τιτανίου είναι το ιδανικό υλικό για τη ράβδο σύνδεσης του κινητήρα. Η ράβδος σύνδεσης από κράμα τιτανίου μπορεί να μειώσει αποτελεσματικά τη μάζα του κινητήρα, να βελτιώσει την αποδοτικότητα του καυσίμου και να μειώσει τον όγκο των καυσαερίων. Σε σύγκριση με τον χαλύβδινο σύνδεσμο, ο σύνδεσμος τιτανίου μπορεί να μειώσει τη μάζα κατά 15% έως 20%. Η πρώτη εφαρμογή είναι στο νέο αυτοκίνητο 3.5LV8 της Ferrari στην Ιταλία και στον κινητήρα της Acura NSX, το υλικό είναι κυρίως Ti6Al4V, Ti10V2Fe3Al, Ti3Al2.0V και Ti4Al4MOSN0.5s I, κ.λπ. Άλλα κράματα τιτανίου, όπως Ti4Al2S i4Mn και Ti7M4Mo, αναπτύσσονται επίσης για εφαρμογές ράβδων σύνδεσης.

Η βαλβίδα κινητήρα αυτοκινήτου από κράμα τιτανίου μπορεί όχι μόνο να μειώσει το βάρος, αλλά και να παρατείνει τη διάρκεια ζωής και να μειώσει την κατανάλωση καυσίμου. Σε σύγκριση με τη χαλύβδινη βαλβίδα, η μάζα της βαλβίδας τιτανίου μπορεί να μειωθεί κατά 30% ~ 40% και η οριακή ταχύτητα του κινητήρα μπορεί να αυξηθεί κατά 20%. Επί του παρόντος, το υλικό της βαλβίδας εισαγωγής είναι κυρίως Ti6A l4V και το υλικό της βαλβίδας εξαγωγής είναι κυρίως Ti-6242S. Γενικά, το Sn και το Al προστίθενται μαζί για να επιτευχθεί χαμηλότερη ευθραυστότητα και υψηλότερη αντοχή. Το στοιχείο Mo μπορεί να βελτιώσει την απόδοση θερμικής επεξεργασίας του κράματος τιτανίου, να βελτιώσει την αντοχή του σκληρυμένου και παλαιωμένου κράματος τιτανίου και να αυξήσει ταυτόχρονα τη σκληρότητα. Η Mitsubishi χρησιμοποιεί στα οχήματα μαζικής παραγωγής της βάσεις ελατηρίων βαλβίδων από κράμα ti-22V-4Al, οι οποίες μειώνουν τη μάζα κατά 42% σε σύγκριση με τον αρχικό χαλύβδινο σύρτη, ο μηχανισμός βαλβίδων μειώνει τη μάζα αδράνειας κατά 6% και η μέγιστη ταχύτητα του κινητήρα αυξάνεται κατά 300r/min.

Ο στροφαλοφόρος άξονας από κράμα Ti-5Al-2Cr-Fe παράγεται δοκιμαστικά στην Ιαπωνία, ο οποίος δεν έχει τεθεί σε πρακτική χρήση λόγω της ανάγκης για επεξεργασία κατά της συγκόλλησης. Άλλα μέρη του κινητήρα, όπως ο βραχίονας του εκκεντροφόρου, το ελατήριο της βαλβίδας και ο κάτω κοχλίας της συνδετικής ράβδου, είναι κατασκευασμένα από κράμα Ti-6A1-4V. Ο στροφαλοφόρος άξονας από κράμα Ti-3A1-2.5V που αναπτύχθηκε ειδικά στην Ιαπωνία με ελεύθερη κοπή έχει χρησιμοποιηθεί στο πολυτελές αγωνιστικό αυτοκίνητο Honda 280 HP 3.0L V6NSX. Σε σύγκριση με τον χαλύβδινο στροφαλοφόρο άξονα με την ίδια αντοχή σε κόπωση, το βάρος μειώνεται κατά 30% και η ταχύτητα του κινητήρα αυξάνεται κατά 700r/min. Τα αποτελέσματα αυτά δείχνουν ότι το τιτάνιο έχει γίνει αποδεκτό και χρησιμοποιείται ευρέως σε αγωνιστικά αυτοκίνητα.

Άνοιξη

Σε σύγκριση με τον χάλυβα, το τιτάνιο και τα κράματά του έχουν χαμηλότερο μέτρο ελαστικότητας, μικρό βάρος και καλή αντοχή στη διάβρωση, κατάλληλα για την κατασκευή ελαστικών εξαρτημάτων. Τα ελατήρια τιτανίου είναι 60-70% ελαφρύτερα από τον χάλυβα και σε ένα τυπικό οικογενειακό αυτοκίνητο 5-6 θέσεων αμερικανικής κατασκευής, μπορούν να εξοικονομηθούν 9 έως 13,6 kg με τη χρήση τεσσάρων ελατηρίων ανάρτησης. Ταυτόχρονα, οι εξαιρετικές επιδόσεις κόπωσης και η αντοχή στη διάβρωση του κράματος τιτανίου μπορούν να βελτιώσουν τη διάρκεια ζωής του ελατηρίου.

Τα κράματα τιτανίου που διατίθενται σήμερα για ελατήρια αυτοκινήτων περιλαμβάνουν Ti-4.5Fe6.8Mo-1.5Al και Ti-13V11C-3Al, τα οποία χρησιμοποιήθηκαν αρχικά στα ελατήρια ανάρτησης ταχυτήτων του νέου αυτοκινήτου Lupo FSI της Volkswagen στην Ευρώπη.

Στροβιλοσυμπιεστής

Οι υπερσυμπιεστές μπορούν να βελτιώσουν την απόδοση της καύσης του κινητήρα και να ενισχύσουν την ισχύ και τη ροπή του κινητήρα. Ο ρότορας της τουρμπίνας του υπερσυμπιεστή πρέπει να λειτουργεί σε καυσαέρια υψηλής θερμοκρασίας άνω των 850 ℃ για μεγάλο χρονικό διάστημα, γεγονός που απαιτεί καλή αντοχή στη θερμότητα, ενώ το παραδοσιακό μέταλλο, όπως το κράμα αλουμινίου, δεν είναι διαθέσιμο λόγω του χαμηλού σημείου τήξης του. Αν και τα κεραμικά υλικά χρησιμοποιούνται στους ρότορες των στροβίλων λόγω του ελαφρού βάρους και της αντοχής τους σε υψηλές θερμοκρασίες, η εφαρμογή τους είναι περιορισμένη λόγω του υψηλού κόστους και της κακής μορφοποίησης. Ως εκ τούτου, έχει αναπτυχθεί και επαληθευτεί με πολλές δοκιμές ο ρότορας του στροβίλου από κράμα Ti-Al, ο οποίος όχι μόνο έχει καλή αντοχή και απόδοση αλλά μπορεί επίσης να βελτιώσει την επιτάχυνση του κινητήρα. Αυτός ο σχεδιασμός έχει εμπορευματοποιηθεί με επιτυχία στη σειρά Mitsubishi Lancer Evolution.

Σύστημα εξάτμισης και σιγαστήρας

Το τιτάνιο χρησιμοποιείται ευρέως στα συστήματα εξάτμισης αυτοκινήτων. Το σύστημα εξάτμισης από τιτάνιο και κράματα αυτού όχι μόνο βελτιώνει την αξιοπιστία, τη διάρκεια ζωής και την καλή εμφάνιση, αλλά επίσης μειώνει τη μάζα και βελτιώνει την αποδοτικότητα της καύσης του καυσίμου. Στη σειρά Golf, το σύστημα εξάτμισης τιτανίου μπορεί να μειώσει τη μάζα κατά 7 έως 9 kg. Η Chevrolet Corvette 206 του 2000 χρησιμοποιεί ένα σύστημα σιγαστήρα και σωλήνων εξάτμισης από τιτάνιο βάρους 11,8 κιλών αντί για ένα σύστημα από ανοξείδωτο χάλυβα βάρους 20 κιλών. Η Honda, η Suzuki και άλλοι κατασκευαστές μεγάλων αυτοκινήτων και ορισμένων μεσαίων αυτοκινήτων έχουν χρησιμοποιήσει σιγαστήρες τιτανίου.

Το τιτάνιο που χρησιμοποιείται στους σιγαστήρες είναι κυρίως βιομηχανικό καθαρό τιτάνιο. Τα ακροφύσια ουράς/συστήματα επιστροφής από τιτάνιο δεν υπόκεινται σε διάβρωση που προκαλείται από τις εκπομπές χλωρίου και θείου από τα καυσαέρια, και τα συστήματα εξάτμισης δεν παρουσιάζουν οπές, ακόμη και στη συγκόλληση. Σε σύγκριση με το παραδοσιακό υλικό του συστήματος εξάτμισης, τον ανοξείδωτο χάλυβα, έχει 40% μικρότερο βάρος, ταχύτερη επιτάχυνση και μικρότερη απόσταση πέδησης.

Άλλα μέρη από κράμα τιτανίου

Εκτός από τα προαναφερθέντα εξαρτήματα, το τιτάνιο χρησιμοποιείται επίσης σε άλλα εξαρτήματα κινητήρα, εξαρτήματα συστήματος γραναζιών κίνησης, συστήματα ανάρτησης, πείρο εμβόλου κινητήρα, συνδετήρες αυτοκινήτων, παξιμάδια και βίδες στερέωσης αυτιών, προεξοχές πόρτας, βραχίονα συγκράτησης, έμβολο δαγκάνης φρένων, πείρο, κουμπί αλλαγής ταχύτητας και δίσκο συμπλέκτη αυτοκινήτου κ.λπ.