钛合金在体育领域的应用
钛合金在自行车领域的应用
钛制自行车具有质轻、强度高且抗腐蚀和抗疲劳性能好等优点。从20世纪80年代中期起,钛制自行车发展迅速,这也极大地促进了钛材的应用。如美国生产Ti3Al-2.5V管材3家公司ANCOTECH、HAYNES INTERNATIONAL.和SANDVIK SPECIAl. METALS已全部转向自行车行业。
在选材方面,Ti-3Al-2.5V、Ti-6Al-4V是自行车车架最常用的钛合金,与其他钛合金相比.Ti-3Al-2.5V最大的优点是屈服强度高且工艺塑性好,并具有较好的焊接性能,缺点是价格高。虽然它是为飞机液压系统研制的,但由于具有良好的成形性、抗腐蚀性和延伸率,且疲劳强度高,密度低,所以符合自行车市场对材料性能的要求。
在过去几年里,用工业纯钛臂和非航空用 Ti-3Al-2.5V(运动级)钛合金制成的车架颇受欢迎、Ti-6AL-4V是应用最为成熟、综合力学性能较好、性能数据最为齐全的钛合金材料,它具有良好的工艺塑性和超塑性,适合于各种压力加工成形,也可以采用多种方式进行焊接和机加工,但成形性,焊接性和机加工性能不如前者。在制作车架方面,Ti-6Al-4V也有一定吸引力。它的模量和强度略高于li-3AL-2.5V,但将其加工成小直径的自行车车架管材较困难。连接在车架上的曲轴定位器、脚踏、车把等自行车部件,大多由Ti-6Al-4V制成。
由于钛合金冶炼成本较高,并多含有钼、钒、铬、铌等昂贵元素,致使产品价格偏高;此外,由于钛合金化学性质活泼,挤压、弯曲等塑性成形及焊接加工中易吸氢、吸氧而劣化产品性能,可成形性、可焊接性及机加工性能也较差,使工艺成本大大提高,这些都制约了钛合金车架的普及。现在国外的一些材料生产商正在致力于开发低成本、易加工的新型钛合金材料。
钛合金在赛车(汽车/摩托车)上的应用
钛是汽车结构件的理想材料,连杆、气门、消音器、排气管、轮毂等部件都适宜用钛合金制造,如美国通用汽车公同推出的Coryete Z06车型的排气系统使用了钛制消音器,德国大众公司的Lupo FSI型汽车使用了钛弹簧,日本汽车用钛量已达到200~300t/a的水平。前全世界年产汽车6000万辆,如果有50%汽车每台使用1kg钛材,那么世界钛材需求量将增加60%以上、早在20多年前,赛车发动机就使月钛阀和钛连杆连杆减重对发动机具有重要意义。
由于赛车发动机连杆是承受强烈冲击及动态应力很高的负荷零件,其轻量化可以降低转矩和功率输出,改善动平衡的影响,减少运转噪声、震动和燃料消耗。除了常用的热锻造工艺外,目前采用粉末冶金(锻造)方法制造的钛合金连杆以其材料利用率高,性能优异、可实现净型加工以及连杆质量波动等优点面具有很女的发展前景.是先进的制造技术。目前国外连杆的粉末锻造技术已经成熟,1995年英国布里齐福特发动机厂生产的美洲虎发动机AJ-8V型的粉末锻造连杆,其质量仅为605g.与普通模锻件相比,材料利用率从48.3%提高到95.9%。
钛合金在高尔夫球头上的应用
高尔夫球运动是一项崇尚自然、男女老少皆宜、有益身心健康的体育休闲项目。从17-4PH 不锈钢用于高尔夫球具上后,高尔夫行业对新材料应用的追求可谓不遗余力,高尔夫球具制造行业已成为对新材料技术极为敏感的行业。日前Ti-6Al-4V、各种高强钛合金等先进材料在高尔夫球具上已得到大量应用。浏览国际上高尔夫球具主要制造商2001年的新产品可以发现,原材料还是以钛合金为主,例如:CALLAWAY 公司的E.R.CI 、VFT,PING;公司的TIST,Taylormade公司的 Ti300系列.MIZUiNO公司的300R等,且打击面材料越来越多的选用高强钛合金。
打击面用钛合金材料主要有TC4(Ti-6Al-4V)和高强高韧钛合金(或近钛合金)如SP700、T-153、Ti1023、21S。TC4材料综合性能较好.也是应用最成熟、性能数据最齐全的钛合金材料,般用于 TC4整体铸造球头或纯钛为本体、打击面为 TC4材料的锻造球头SP700是目本钢管公司研制的,在770~800就呈现超塑性,延伸率达2000%;Ti1023是一种为适应损伤容限设计原则而产生的高结构效益、高可靠性和低制造成本的锻造钛合金,其拉伸强度、断裂韧性、疲劳性能明显优于 TC4,具有优异的锻造性能,在760可进行等温锻造;Ti-153冷加工性能比工业纯钛好,可在固溶状态下进行各种复杂的冷成形,时效后室温拉伸强度在1000 MPa以上,一般其打击面采用冲压成型。
21S是美国钛金属公司研制的一种抗氧化、超高强钛合金,冷热加工性能优良,冷轧变形量可达75%而不需要中间退火,E值也较低,因此更适用做打击面材料。这些高强高韧钛合金(或近钛合金)逐渐取代TCA而成为打击面材料的主流。由于球头打击性能主要取决于打击面,故本体-般仍采用ITC4铸造,打击面采用钛合金锻造,最后通过焊接等方式连接为一体。
用TC4材料做打击面一般采用整体铸造成形。用高强高韧钛合金做打击面时一般采用板材成形工艺或热锻成形工艺,但变截面结构则一般采用精锻工艺制造。