ऑटो उद्योग में टाइटेनियम अनुप्रयोग

यद्यपि टाइटेनियम मिश्र धातुओं का व्यापक रूप से एयरोस्पेस, पेट्रोकेमिकल और जहाज निर्माण उद्योगों में उपयोग किया गया है, ऑटोमोटिव उद्योग में उनका अनुप्रयोग धीरे-धीरे विकसित हुआ है। 1956 में संयुक्त राज्य अमेरिका में जनरल मोटर्स द्वारा पहली ऑल-टाइटेनियम कार के सफल विकास से शुरू होकर, 1980 के दशक तक टाइटेनियम ऑटो पार्ट्स बड़े पैमाने पर उत्पादन के स्तर तक नहीं पहुंच पाए थे। 1990 के दशक में, जैसे-जैसे लक्जरी कारों, स्पोर्ट्स कारों और रेसिंग कारों की मांग साल दर साल बढ़ती गई, टाइटेनियम ऑटो पार्ट्स निर्मित भागों का तेजी से विकास हुआ। 1990 में, दुनिया भर में ऑटोमोबाइल में इस्तेमाल होने वाले टाइटेनियम की मात्रा केवल 50 टन थी। 1997 में यह 500 टन तक पहुंच गया। 2002 में, यह 1,100 टन तक पहुंच गया। 2009 में, यह 3,{13}}t तक पहुंच गया। यह उम्मीद की जाती है कि 2015 में दुनिया भर में ऑटोमोबाइल में उपयोग किए जाने वाले टाइटेनियम की मात्रा 5,{15}} टन से अधिक हो जाएगी। वर्तमान में, निम्नलिखित प्रकार के टाइटेनियम मिश्र धातु भागों का आमतौर पर उपयोग किया जाता है।

1. इंजन कनेक्टिंग रॉड
टाइटेनियम मिश्र धातु छड़ों को जोड़ने के लिए एक आदर्श सामग्री है। टाइटेनियम मिश्र धातु से बनी इंजन कनेक्टिंग छड़ें इंजन के द्रव्यमान को प्रभावी ढंग से कम कर सकती हैं, ईंधन दक्षता में सुधार कर सकती हैं और निकास मात्रा को कम कर सकती हैं। स्टील कनेक्टिंग रॉड्स की तुलना में, टाइटेनियम कनेक्टिंग रॉड्स का द्रव्यमान 15% से 2 0% तक कम हो सकता है। टाइटेनियम मिश्र धातु कनेक्टिंग रॉड्स का अनुप्रयोग पहली बार इटली की नई फेरारी सेडान 3.5LV8 और Acura के NSX इंजन में परिलक्षित हुआ था। टाइटेनियम मिश्र धातु जोड़ने वाली छड़ों में उपयोग की जाने वाली मुख्य सामग्रियां हैं Ti{5}}Al{{6}V, Ti{7}}V-2Fe-3Al, Ti-3 Al-2.0V और Ti-4Al-4Mo-Sn-0.5Si। अन्य टाइटेनियम मिश्र धातु सामग्री जैसे Ti{{18}Al, कनेक्टिंग रॉड्स में {{19}Si{20}Mn और Ti{21}}M{22}}Mo का अनुप्रयोग भी विकास के अधीन है।
2.इंजन वाल्व
टाइटेनियम मिश्र धातु से बने ऑटोमोटिव इंजन वाल्व न केवल द्रव्यमान को कम कर सकते हैं और सेवा जीवन का विस्तार कर सकते हैं, बल्कि ईंधन की खपत को भी कम कर सकते हैं और वाहन की विश्वसनीयता में सुधार कर सकते हैं। स्टील वाल्वों की तुलना में, टाइटेनियम वाल्व द्रव्यमान को 30% से 40% तक कम कर सकते हैं, और इंजन की सीमा गति को 20% तक बढ़ा सकते हैं। जहां तक ​​वर्तमान अनुप्रयोगों का सवाल है, इनटेक वाल्व की सामग्री मुख्य रूप से Ti{3}}Al-4V है, और निकास वाल्व की सामग्री मुख्य रूप से Ti{5}}S है। आमतौर पर कम भंगुरता और उच्च शक्ति प्राप्त करने के लिए एसएन और अल को एक साथ जोड़ा जाता है; मो को जोड़ने से टाइटेनियम मिश्र धातुओं के ताप उपचार गुणों में सुधार हो सकता है, टाइटेनियम मिश्र धातुओं की शमन और उम्र बढ़ने की ताकत बढ़ सकती है और कठोरता बढ़ सकती है। विकास क्षमता वाले अन्य टाइटेनियम मिश्र धातुओं में शामिल हैं:
1) इनटेक वाल्व Ti-62S से बनाया जा सकता है, जिसके गुण Ti-6Al-4V के बराबर हैं और यह सस्ता है।
2) एग्जॉस्ट वाल्व Ti{1}}Al-2Sn-4.0Zr-0.{{6}Mo{7} से बना हो सकता है। }.45Si. इसकी कम Mo सामग्री के कारण, इसका रेंगना प्रतिरोध Ti-6242S से बेहतर है, और इसका ऑक्सीकरण प्रतिरोध 600 डिग्री तक पहुंच सकता है। .
3) निकास वाल्व -TiAl से बना हो सकता है, जिसमें उच्च तापमान प्रतिरोध और हल्के वजन की विशेषताएं हैं, लेकिन यह प्रसंस्करण के दौरान पारंपरिक फोर्जिंग विधियों के लिए उपयुक्त नहीं है। यह केवल कास्टिंग और पाउडर धातुकर्म प्रसंस्करण के लिए उपयुक्त है।
3. वाल्व स्प्रिंग सीट
वाल्व स्प्रिंग सीट के लिए उच्च शक्ति और थकान प्रतिरोध आवश्यक गुण हैं। बीटा टाइटेनियम मिश्र धातु एक गर्मी-उपचारित मिश्र धातु है जो ठोस समाधान उम्र बढ़ने के उपचार के माध्यम से उच्च शक्ति प्राप्त कर सकती है। तदनुरूपी अधिक उपयुक्त सामग्रियां हैं Ti-15V-3Cr- 3Al-3Sn और Ti{5}}Mo{{6}Al-2 .7Nb-0.2Si. मित्सुबिशी मोटर्स अपने बड़े पैमाने पर उत्पादन वाहनों में टीआई -22 वी -4 अल टाइटेनियम मिश्र धातु वाल्व स्प्रिंग सीटों का उपयोग करता है, जो मूल स्टील ताले की तुलना में द्रव्यमान को 42% कम करता है, वाल्व के जड़त्व द्रव्यमान को कम करता है तंत्र 6% तक, और अधिकतम इंजन गति बढ़ाता है। 300r/मिनट.
4.टाइटेनियम मिश्र धातु वसंत
टाइटेनियम और इसके मिश्र धातुओं में स्टील सामग्री की तुलना में कम लोचदार मापांक और बड़ा σs/E मान होता है, जो उन्हें लोचदार घटकों के निर्माण के लिए उपयुक्त बनाता है। स्टील ऑटोमोबाइल स्प्रिंग्स की तुलना में, समान लोचदार कार्य के आधार पर, टाइटेनियम स्प्रिंग्स की ऊंचाई स्टील स्प्रिंग्स का केवल 40% है, और द्रव्यमान स्टील स्प्रिंग्स का केवल 30% से 40% है, जो कार बॉडी डिज़ाइन की सुविधा प्रदान करता है। इसके अलावा, टाइटेनियम मिश्र धातु के उत्कृष्ट थकान गुण और संक्षारण प्रतिरोध वसंत की सेवा जीवन को बढ़ा सकते हैं। वर्तमान में, टाइटेनियम मिश्र धातु सामग्री जिनका उपयोग ऑटोमोबाइल स्प्रिंग्स बनाने के लिए किया जा सकता है, उनमें Ti-4.5Fe6.8Mo-1.5Al और Ti-13V11C-3Al शामिल हैं।
5. टर्बोचार्जर
टर्बोचार्जर इंजन दहन दक्षता में सुधार कर सकते हैं और इंजन की शक्ति और टॉर्क को बढ़ा सकते हैं। टर्बोचार्जर के टरबाइन रोटर को लंबे समय तक 850 डिग्री से ऊपर उच्च तापमान वाली निकास गैस में काम करने की आवश्यकता होती है, इसलिए इसे अच्छे ताप प्रतिरोध की आवश्यकता होती है। एल्यूमीनियम मिश्र धातु जैसी पारंपरिक हल्की धातुओं का उपयोग उनके कम पिघलने बिंदु के कारण नहीं किया जा सकता है। यद्यपि सिरेमिक सामग्री का उपयोग उनके हल्के वजन और अच्छे उच्च तापमान प्रतिरोध के कारण टरबाइन रोटर्स में किया जाता है, लेकिन उनकी उच्च लागत और उनके आकार को अनुकूलित करने में असमर्थता के कारण उनका अनुप्रयोग सीमित है। इन समस्याओं को हल करने के लिए, टेटसुई और अन्य ने TiAl टरबाइन रोटर विकसित किया। कई परीक्षणों के बाद, यह सत्यापित किया गया है कि इसमें न केवल अच्छा स्थायित्व और दक्षता है, बल्कि यह इंजन के त्वरण में भी सुधार कर सकता है। इस डिज़ाइन का मित्सुबिशी लांसर इवोल्यूशन श्रृंखला में सफलतापूर्वक व्यावसायीकरण किया गया है।
6. निकास प्रणाली और मफलर
टाइटेनियम का उपयोग ऑटोमोबाइल निकास प्रणालियों में बड़े पैमाने पर किया जाता है। टाइटेनियम और इसके मिश्र धातुओं से बने निकास सिस्टम न केवल विश्वसनीयता में सुधार कर सकते हैं, जीवन का विस्तार कर सकते हैं और उपस्थिति में सुधार कर सकते हैं, बल्कि द्रव्यमान को भी कम कर सकते हैं और ईंधन दहन दक्षता में सुधार कर सकते हैं। स्टील एग्जॉस्ट सिस्टम की तुलना में, टाइटेनियम एग्जॉस्ट सिस्टम द्रव्यमान को लगभग 40% तक कम कर सकता है। गोल्फ श्रृंखला की कारों में, टाइटेनियम निकास प्रणाली का द्रव्यमान 7 से 9 किलोग्राम तक कम किया जा सकता है। वर्तमान में, निकास प्रणाली में उपयोग की जाने वाली टाइटेनियम सामग्री मुख्य रूप से औद्योगिक शुद्ध टाइटेनियम है।
टाइटेनियम मफलर का वजन केवल 5 से 6 किलोग्राम है, जो स्टेनलेस स्टील और अन्य मफलर से हल्का है। 2000 शेवरले कार्वेट Z06 में मूल 20 किग्रा स्टेनलेस स्टील प्रणाली के बजाय 11.8 किग्रा टाइटेनियम मफलर और निकास पाइप प्रणाली का उपयोग किया गया है, जिससे द्रव्यमान 41% कम हो गया है। बदला गया सिस्टम अपनी ताकत बनाए रखता है और कार को तेज़, अधिक लचीला और अधिक ईंधन कुशल बनाता है। मफलर में प्रयुक्त टाइटेनियम सामग्री भी मुख्य रूप से औद्योगिक शुद्ध टाइटेनियम है।
7. शरीर का ढाँचा भाग
ऑटोमोबाइल की सुरक्षा और विश्वसनीयता में सुधार के लिए, डिज़ाइन और विनिर्माण पहलुओं, विशेषकर विनिर्माण सामग्री पर विचार करना आवश्यक है। टाइटेनियम एक बहुत अच्छी सामग्री है जिसका उपयोग कार बॉडी फ्रेम बनाने के लिए किया जाता है। इसमें न केवल उच्च विशिष्ट शक्ति है, बल्कि अच्छी कठोरता भी है। जापान में, ऑटोमोबाइल निर्माता बॉडी फ्रेम बनाने के लिए शुद्ध टाइटेनियम वेल्डेड पाइप चुनते हैं। इस तरह का फ्रेम ड्राइवरों को गाड़ी चलाते समय सुरक्षित महसूस करा सकता है।
8. अन्य टाइटेनियम मिश्र धातु भाग
उपरोक्त घटकों के अलावा, टाइटेनियम का उपयोग इंजन रॉकर आर्म्स, सस्पेंशन स्प्रिंग्स, इंजन पिस्टन पिन, ऑटोमोटिव फास्टनरों, लग नट, ऑटोमोटिव डोर प्रोट्रूडिंग बीम, ऑटोमोटिव गियर ब्रैकेट, ब्रेक कैलिपर पिस्टन, पिन बोल्ट, प्रेशर ऑटो पार्ट्स जैसे में भी किया जाता है। प्लेटें, शिफ्ट बटन और ऑटोमोबाइल क्लच डिस्क।

1.फायदे

टाइटेनियम मिश्र धातुओं में हल्के वजन, उच्च विशिष्ट शक्ति और अच्छे संक्षारण प्रतिरोध के फायदे हैं, इसलिए इन्हें ऑटोमोबाइल उद्योग में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। टाइटेनियम मिश्र धातुओं का सबसे आम उपयोग ऑटोमोबाइल इंजन प्रणालियों में होता है। इंजन के पुर्जों के निर्माण के लिए टाइटेनियम मिश्र धातुओं का उपयोग करने के कई फायदे हैं, मुख्य रूप से:
1) टाइटेनियम मिश्र धातु का कम घनत्व गतिमान भागों के जड़त्वीय द्रव्यमान को कम कर सकता है। साथ ही, टाइटेनियम वाल्व स्प्रिंग्स मुक्त कंपन को बढ़ा सकते हैं, कार बॉडी के कंपन को कमजोर कर सकते हैं और इंजन की गति और आउटपुट पावर को बढ़ा सकते हैं।
2) गतिमान भागों के जड़त्वीय द्रव्यमान को कम करें, जिससे घर्षण कम हो और इंजन ईंधन दक्षता में सुधार हो।
3) टाइटेनियम मिश्र धातु का चयन करने से संबंधित भागों का भार तनाव कम हो सकता है और भागों का आकार कम हो सकता है, जिससे इंजन और पूरे वाहन का वजन कम हो सकता है।
4) घटकों के जड़त्व द्रव्यमान में कमी से कंपन और शोर कम हो जाता है और इंजन के प्रदर्शन में सुधार होता है।
अन्य घटकों में टाइटेनियम मिश्र धातुओं के अनुप्रयोग से कर्मियों के आराम और कारों के सौंदर्यशास्त्र में सुधार हो सकता है। ऑटोमोटिव उद्योग में अनुप्रयोगों में, टाइटेनियम मिश्र धातुओं ने ऊर्जा बचत और खपत में कमी लाने में एक अतुलनीय भूमिका निभाई है।
2. आवेदन प्रतिबंध
हालाँकि टाइटेनियम मिश्र धातु भागों में ऐसे बेहतर गुण हैं, फिर भी टाइटेनियम और इसके मिश्र धातुओं को ऑटोमोटिव उद्योग में व्यापक रूप से उपयोग करने से पहले अभी भी एक लंबा रास्ता तय करना है। कारणों में उच्च कीमत, खराब फॉर्मेबिलिटी और खराब वेल्डिंग प्रदर्शन शामिल हैं।
हाल के वर्षों में टाइटेनियम मिश्र धातु के निकट नेट आकार प्रौद्योगिकी और इलेक्ट्रॉन बीम वेल्डिंग, प्लाज्मा आर्क वेल्डिंग और लेजर वेल्डिंग जैसी आधुनिक वेल्डिंग प्रौद्योगिकियों के विकास के साथ, टाइटेनियम मिश्र धातुओं के निर्माण और वेल्डिंग की समस्याएं अब टाइटेनियम के अनुप्रयोग को प्रतिबंधित करने वाले प्रमुख कारक नहीं हैं। मिश्र। ऑटोमोटिव उद्योग में इसका व्यापक रूप से उपयोग होने का मुख्य कारण उच्च लागत है।
चाहे वह धातु की प्रारंभिक प्रगलन हो या उसके बाद की प्रसंस्करण, टाइटेनियम मिश्र धातुओं की कीमत अन्य धातुओं की तुलना में बहुत अधिक है। टाइटेनियम भागों की लागत जिसे ऑटोमोबाइल उद्योग स्वीकार कर सकता है, कनेक्टिंग रॉड्स के लिए 8 से 13 अमेरिकी डॉलर/किग्रा, वाल्व के लिए 13 से 20 अमेरिकी डॉलर और स्प्रिंग्स, इंजन निकास प्रणाली और फास्टनरों के लिए 8 अमेरिकी डॉलर/किग्रा है। यूएसडी/किग्रा से नीचे। टाइटेनियम सामग्री से निर्मित भागों की वर्तमान लागत इन कीमतों से बहुत अधिक है। टाइटेनियम प्लेटों की उत्पादन लागत अधिकतर 33 अमेरिकी डॉलर/किग्रा से अधिक है, जो एल्यूमीनियम प्लेटों की तुलना में 6 से 15 गुना और स्टील प्लेटों की 45 से 83 गुना है।