應(yīng)用鈦合金部件的驅(qū)動(dòng)力及發(fā)展趨勢(shì)

鈦合金的密度4.51g/cm3，大致為鋼密度的1/2，是實(shí)際工程應(yīng)用中很輕的金屬結(jié)構(gòu)材料。通過(guò)在乘用車(chē)中批量應(yīng)用鈦合金鑄件可以有效地降低整車(chē)重量，提高燃油經(jīng)濟(jì)性。根據(jù)目前的通用計(jì)算方法乘用車(chē)總質(zhì)量每減輕100kg，燃油耗可降低5%。如果每輛汽車(chē)使用70kg鈦合金部件，CO2年排放量能減少30％以上。與目前汽車(chē)輕量化材料相互替代過(guò)程中，鋁合金和工程塑料獲得廣泛應(yīng)用相比，鈦合金部件明顯落后。在目前汽車(chē)零部件一級(jí)供應(yīng)商中，只有極少數(shù)公司供應(yīng)鈦合金產(chǎn)品。鈦合金部件的全過(guò)程總成本的比較，包括材料、制造、防腐、連接裝配、維修等方面的原因是制約其廣泛應(yīng)用的重要因素，其中如何保障鈦合金部件與其它部件可靠地連接是其中一個(gè)重要的障礙。

隨著節(jié)能環(huán)保要求的逐步嚴(yán)格，從A級(jí)車(chē)到C級(jí)車(chē)都面臨著減低整車(chē)重量，減小排放以滿足環(huán)保要求。根據(jù)歐盟法規(guī)，在2020年乘用車(chē)的CO2排放將從2015年的130g/km下降至95g/km，這就意味著燃油消耗必須從目前的水平下降25%才能夠滿足需求。提高發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒效率，減小整車(chē)重量，減小空氣阻力，減小滾動(dòng)阻力和減小摩擦等方法均被用來(lái)降低燃油消耗。在上述方法中，降低整車(chē)重量大致可以降低燃油消耗9%。為了最大限度地降低整車(chē)重量，大型集成結(jié)構(gòu)的鈦合金部件的應(yīng)用就成為汽車(chē)輕量化工作中的一個(gè)重要的研究與開(kāi)發(fā)方向。

鈦合金中通道鑄件連接技術(shù)開(kāi)發(fā)。鑄件需要通過(guò)螺紋和螺柱兩種連接方式與周?chē)牟考M(jìn)行連接。按照一般部件的連接方式考慮，螺紋連接可以通過(guò)在鑄件上加工螺紋孔的方式形成連接；通過(guò)在鑄件上焊接螺柱的方式形成螺柱連接。然而，對(duì)大型鈦合金鑄件進(jìn)行螺紋加工，不僅容易出現(xiàn)加工廢品，而且會(huì)顯著增加生產(chǎn)成本，導(dǎo)致客戶無(wú)法接受鑄件的價(jià)格。由于鈦合金鑄件的可焊性較差，焊接螺柱幾乎沒(méi)有可能實(shí)現(xiàn)。

通過(guò)在鑄件上預(yù)設(shè)孔，并應(yīng)用帶有螺紋的彈簧夾片的方式解決了螺紋連接問(wèn)題。如何實(shí)現(xiàn)螺柱的連接則是一個(gè)比較困難的問(wèn)題，先后考慮了多種技術(shù)方案。焊接：考慮到可焊性的問(wèn)題，焊接方案被放棄；結(jié)構(gòu)膠：考慮采用結(jié)構(gòu)膠粘接方案可能會(huì)出現(xiàn)疲勞和底紋脆性問(wèn)題，沒(méi)有采用此方案。鑲鑄：在鈦合金方向盤(pán)骨架的生產(chǎn)中曾經(jīng)廣泛采用過(guò)鑲鑄工藝，但是直接鑲鑄螺柱的成功概率和強(qiáng)度都不高，而且模具比較復(fù)雜，下鑲件時(shí)會(huì)顯著影響生產(chǎn)效率。預(yù)鑄安裝孔：安裝孔公差不易控制，可能還需要機(jī)械加工。自沖鉚連接：預(yù)鑄孔尺寸要求不高，可應(yīng)用涂層防止電偶腐蝕，可以較好地滿足螺柱的連接強(qiáng)度和尺寸精度要求，最終選擇此方法完成了螺柱的連接設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了鑄件的批量生產(chǎn)。

隨著輕量化車(chē)身開(kāi)發(fā)的迫切，越來(lái)越多的連接方式被開(kāi)發(fā)出來(lái)?？傮w上來(lái)說(shuō)，車(chē)身的連接技術(shù)可以分為熱連接和冷連接兩種方式。熱連接主要包括MIG焊、電阻焊和激光焊等方法，冷連接主要包括粘接、自攻螺釘和自沖鉚接等方法。目前大型鈦合金鑄件的主要生產(chǎn)工藝是高壓鑄造，鑄件內(nèi)部不可避免的含有少量氣體，加之考慮到鈦合金易于氧化的特性及較低的電極電位，采用焊接方式進(jìn)行連接難以實(shí)現(xiàn)。冷連接成為鈦合金部件主要的連接方式，如何合理的選擇連接方式以獲得良好的連接強(qiáng)度并避免連接電偶腐蝕問(wèn)題就成為目前開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)。