Cienkie ściankowe rurki tytanowe oszczędzające na wadze

Oszczędność masy dzięki cienkościennym tytanowym rurkom samochodowym

Redukcja masy w motoryzacji to nie jeden, ale dwa problemy. Część ograniczona sztywnością, taka jak wał napędowy lub element ramy pomocniczej, nie staje się lżejsza przez zmianę na metal o niższej gęstości, chyba że przekrój zostanie przeprojektowany, ponieważ sztywność spada wraz z modułem sprężystości, a ścianka musi zostać pogrubiona, aby ją przywrócić. Część ograniczona wytrzymałością, taka jak wspornik, wieszak lub przewód ciśnieniowy, traci na wadze, ponieważ grubość ścianki jest określana przez wytrzymałość na rozciąganie na jednostkę masy. Tytanowa rurka wygrywa wyraźnie w drugim przypadku, a w pierwszym dopiero po przeprojektowaniu, a ta strona przedstawia liczby dla obu przypadków, aby wybór był oparty na arytmetyce, a nie na słowie 'lekki'.

Dane dotyczące rurek samochodowych

Masa i sztywność w porównaniu ze stalą

Gęstość, g/cm34,517,85Moduł sprężystości, GPa110207Granica plastyczności, MPa275235Moduł na gęstość, GPa na g/cm324,426,4 Granica plastyczności na gęstość, kN m na kg6130Wskaźnik masy, ograniczony sztywnością1,081,00Wskaźnik masy, ograniczony wytrzymałością0,491,00

Przeczytaj dwie ostatnie linie razem. Aby uzyskać taką samą sztywność zginania jak w przypadku stalowej rurki o grubości 1,5 mm, w tytanie ścianka musi wzrosnąć do około 2,8 mm, ponieważ 207 podzielone przez 110 wynosi 1,88, a po tej korekcie tytanowa część jest o około osiem procent cięższa od stalowej. Dlatego tytanowy wał napędowy nie jest prostą zamianą materiału: jest to konstrukcja o większej średnicy i cieńszej ściance, która umieszcza metal dalej od osi neutralnej. Tam, gdzie ścianka jest określana przez wytrzymałość, ta sama rurka 50,8 na 1,5 mm waży 1,048 kg na metr w tytanie w porównaniu do 1,824 kg w stali, co stanowi oszczędność około 42 procent, a mimo to przenosi wyższe ciśnienie rozrywające.

Dlaczego cienkościenne spawane nadają się do części pojazdów

Ścianka 1,0 mm na rurce 50 mm jest wykonana z taśmy, a nie z przebijanego wlewu. Taśma jest formowana przez serię rolek, spawana bez dodatku materiału pod argonem, spoinę jest zeskrobywana wewnątrz i na zewnątrz, rurka jest wyżarzana w linii, a następnie kalibrowana przez głowicę Turk, aby przywrócić średnicę i okrągłość. Ta metoda zapewnia tolerancję grubości ścianki, której bezszwowa rurka o tym samym rozmiarze nie może ekonomicznie dorównać, i zapewnia koncentryczny otwór, co jest ważne, gdy rurka jest później gięta. Granicą procesu jest spaw: pęknięcia zmęczeniowe w eksploatacji zaczynają się na linii spawu, jeśli spoinę pozostawi się wystającą lub jeśli nie usunie się nalotu cieplnego, więc wyżarzanie i zeskrobywanie nie są krokami opcjonalnymi.

Limity temperatury w układzie wydechowym

Tytan utlenia się w powietrzu powyżej około 600 stopni Celsjusza. Tylna sekcja, końcówka rury wydechowej lub korpus tłumika pracują znacznie poniżej tej temperatury i jest to właściwe miejsce dla tytanu. Kolektor lub rura spustowa widzi gazy o temperaturze 800 do 900 stopni i nie jest, niezależnie od oferowanej oszczędności masy, więc wydech jest zazwyczaj wykonany z tytanu od katalizatora do tyłu, a inny stop z przodu. Niska rozszerzalność tytanu, około 8,6 mikrometrów na metr na kelwin w porównaniu do 12 dla stali, oznacza również, że układ mniej się rozszerza na gorąco, co zmniejsza ruch, który musi pochłonąć przegub elastyczny.

Zmęczenie i hałas

Tytan ma użyteczną granicę zmęczenia w powietrzu i jest odporny na rozpryski soli, które przyspieszają zmęczenie korozyjne na stalowych układach wydechowych z powłoką, co jest prawdziwym powodem, dla którego tytanowe układy wydechowe przewyższają żywotnością pojazdy, do których są zamontowane. Kompromisem jest wrażliwość na karby: rysa, ślad tłoczenia lub brzeg spoiny staje się początkiem pęknięcia, więc obsługa i wykończenie ciętego końca mają większe znaczenie niż w przypadku stali. Cieńsza ścianka promieniuje również więcej hałasu, więc tytanowa sekcja zazwyczaj potrzebuje takiej samej objętości przegrody jak stalowa część, którą zastępuje, a nie lżejszej.

Łączenie tytanu ze stalą

Tytanu i stali nie można spawać ze sobą: żelazo i tytan tworzą kruche międzyfazowe związki na styku, a połączenie ulega awarii bez ostrzeżenia. Zespoły samochodowe są zatem wykonane ze spawów tytan-tytan wewnątrz sekcji tytanowej, a z kołnierzami, zaciskami, pierścieniami przejściowymi lub połączeniami mechanicznie mocowanymi tam, gdzie spotykają się oba metale. Tam, gdzie stalowy element złączny opiera się na tytanie, izolująca podkładka lub powlekany element złączny zapobiega atakowi galwanicznemu, ponieważ tytan jest partnerem katodowym, a stal będzie tą, która koroduje.

Zamawianie rurek samochodowych

Określ średnicę zewnętrzną, grubość ścianki, gatunek, długość i test, na przykład 50,8 mm OD, 1,5 mm ścianka, Gr2, spawane i wyżarzone, proste 1200 mm, testowane prądami wirowymi, końce gratowane i zaślepione. Podaj, czy część będzie gięta, ponieważ promień gięcia i sprężyste odkształcenie są uzgadniane w zależności od stanu rurki, i podaj, czy będzie widoczna, ponieważ jasno wyżarzane lub polerowane wykończenie jest wyceniane oddzielnie od trawionego. W przypadku prac prototypowych zwój kilkuset metrów jest zazwyczaj najtańszym sposobem na przetestowanie uformowanej części przed zamówieniem prostych odcinków.

Obrazy produktów