前言
金屬鈦優(yōu)良的特性主要是指高強(qiáng)度、低密度、出色的耐蝕性，可用在汽車(chē)的動(dòng)力傳輸部與車(chē)底盤(pán)部。這些用途主要是針對(duì)鈦是輕量合金，且可代替不銹鋼，汽車(chē)重量減輕有望提高車(chē)本身的性能。
重量的減輕對(duì)車(chē)的設(shè)計(jì)富于很大的彈性，無(wú)論對(duì)對(duì)跑車(chē)與家庭用車(chē)都是很重要的。到目前為止，跑車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)商為了使汽車(chē)用閥類(lèi)與連接軸的輕量化選擇了鈦?zhàn)髟牧?。性能的改善表現(xiàn)在轉(zhuǎn)距、輸出功率以及連接部件變形的減少。
汽車(chē)使用鈦的優(yōu)點(diǎn)在于：動(dòng)力傳輸效果或重量減輕對(duì)燃料的節(jié)省、發(fā)動(dòng)機(jī)的騷音與振動(dòng)的減少及部件載荷的減輕，可提高車(chē)的持久性。轎車(chē)部件中可用鈦?zhàn)鏖y類(lèi)、連接軸、閥彈簧與其支撐用具。
發(fā)動(dòng)機(jī)以外的處所的鈦用途：例如車(chē)底盤(pán)使用鈦的話(huà)，可減輕車(chē)重，節(jié)省燃料。最引人注目的是部件中懸簧、排氣裝置，曲軸以及其它緊固件類(lèi)對(duì)鈦的使用。跑車(chē)、轎車(chē)上鈦材的大量使用存在的最大障礙仍是價(jià)格問(wèn)題。鈦材成本與其它部件加工成本比較如表1所示。
表1鈦與其它材料的成本比較 （單位：US$/Ib）
鈦 鋁 鋼鐵
礦石 0.30 0.10 0.02
金屬粗錠 2.00 0.68 1.10
錠子 4.50 0.70 0.15
板材 15.00~50.00 1.00~5.00 0.30~0.60
世界鈦市場(chǎng)規(guī)模約為45000mt/年，其一半在美國(guó)。世界的汽車(chē)總生產(chǎn)量為約6000萬(wàn)臺(tái)/年，美國(guó)占其1/4。因此若世界汽車(chē)的一半采用鈦，按1臺(tái)用鈦量為約500g 計(jì)算，鈦的消費(fèi)量就可再增加30%。這樣汽車(chē)用鈦量還是相當(dāng)可觀的。
鈦在家庭汽車(chē)上的應(yīng)用
美國(guó)最大的鈦生產(chǎn)商Timet公司對(duì)汽車(chē)采用鈦?zhàn)鳛椴考膬?yōu)點(diǎn)列舉如下：
(1)鈦材的采用解決了某些實(shí)際問(wèn)題；
(2)與市場(chǎng)取得了協(xié)調(diào)；
(3)存在鈦材應(yīng)用的相關(guān)技術(shù)；
(4)可利用已確立的技術(shù)；
(5)鈦材的使用又有新的價(jià)值。
鈦材最初是在批量化生產(chǎn)的高級(jí)車(chē)NSX V-6車(chē)上使用，接著是在1998年在日本獲獎(jiǎng)的豐田雙門(mén)敞篷轎車(chē)的閥類(lèi)采用了鈦。該車(chē)的進(jìn)氣閥使用了采用了粉末冶金法生產(chǎn)的Ti-6Al-4V/TiB合金，排氣閥則采用了耐熱性的Ti-Al-Zr-Sn-Nb-Mo-Si/TiB合金。該車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)為2000cc，采用了1個(gè)27g的進(jìn)氣閥和24g的排氣閥8個(gè)，一輛車(chē)用的鈦材總計(jì)為408g。原材料為鋼時(shí)各自的重量則為40.0g與44.6g，閥的總重量比鈦材的2倍還多。這種車(chē)的閥彈簧也使用了鈦，其重量從43g減輕到36g。豐田公司的這種新型車(chē)最初生產(chǎn)的臺(tái)數(shù)為 4000臺(tái)，其中一半使用了鈦材。
另外，日本其它公司使用鈦的例子則是本田S2000及R型車(chē)。歐洲的一些車(chē)上則在批量化生產(chǎn)的連接軸也采用了鈦。
家庭轎車(chē)用鈦?zhàn)罱?例。如GM公司的雪佛萊Z06車(chē)的排氣閥的場(chǎng)合，總重量的減輕則有利于性能的提高。鈦制2根1組的消音器重量為11.7g ，重量減輕了41%,有助于車(chē)的性能提高。并且消音器的壽命是半永久性的。
Timet公司與Arvin Meritor公司，根據(jù)市場(chǎng)和已有的技術(shù)，共同開(kāi)發(fā)了新的Timetal排氣級(jí)鈦合金（與Ti2級(jí)相同）。該材料是兩公司按照合同進(jìn)行試驗(yàn)并對(duì)性能進(jìn)行了確認(rèn)。試驗(yàn)時(shí)將為不銹鋼確立的沖孔、彎曲、冷軋成型及焊接等制造技術(shù)進(jìn)行了改良以活用到鈦上，達(dá)到了減輕重量的目的。
金屬鈦與鋼相比，彈性模量低，密度小，適用于彈簧類(lèi)。鈦制彈簧在以波音公司為主的宇航業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，但Timet認(rèn)為，這些部件應(yīng)用到汽車(chē)上則價(jià)格過(guò)高。因此該公司與宇航業(yè)部件生產(chǎn)商共同開(kāi)發(fā)汽車(chē)用鈦制彈簧，并得到了德國(guó)VW公司的大力支持。Timet公司與VW 公司均是汽車(chē)部件生產(chǎn)商，使用標(biāo)準(zhǔn)的鋼鐵制彈簧生產(chǎn)設(shè)備來(lái)生產(chǎn)鈦制彈簧。VW公司選擇的部件加工商Muhrund Bender公司將本公司的鋼制彈簧制造設(shè)備進(jìn)行改造以用來(lái)生產(chǎn)鈦制彈簧。其結(jié)果是，使用低成本的β-合金Ti-4.5Fe-6.8Mo-1.5Al比已有的β-合金價(jià)格減少了50%。用該材料制作的彈簧比與相同鋼制彈簧的重量減少了1/3，且具備了最佳的疲勞壽命。搭載這種鈦制彈簧的2001年型Lupo FSI轎車(chē)，比標(biāo)準(zhǔn)型的FSI，其總重量減輕了81.6kg。這種Lupo FSI轎車(chē)為48mpg(英里/加侖)的世界最低的燃料費(fèi)車(chē)在歐洲市場(chǎng)進(jìn)行銷(xiāo)售。VW公司2001年型的這種車(chē)種的年生產(chǎn)量的為3500臺(tái)。
今后展望
將鈦材大量用于汽車(chē)的開(kāi)端是特殊處所的部件對(duì)鈦的采用。當(dāng)然車(chē)體鋼板還不能考慮用價(jià)格比其高50~100倍的鈦板代替，開(kāi)發(fā)的特殊處所的部件用途，是通過(guò)今后設(shè)計(jì)與生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展而擴(kuò)大的，并可考慮追加新的特殊用途。應(yīng)解決的問(wèn)題是通過(guò)削減成本將鈦部件用途從特殊狀態(tài)向大量生產(chǎn)過(guò)渡。得到廉價(jià)的海綿鈦是有希望的，但要通過(guò)大幅度改進(jìn)克羅爾法或亨特法來(lái)實(shí)現(xiàn)的可能性則不大。Fray法目前則在試驗(yàn)階段，很有可能是極有前途的新技術(shù)。在目前情況下，粉末冶金技術(shù)與1次熔化技術(shù)（冷爐床EB熔化或等離子技術(shù)等）則有望削減鈦產(chǎn)品的成本。鈦材的廠商與用戶(hù)若簽訂長(zhǎng)期價(jià)格合同也有可能降低成本。通過(guò)盡可能利用生產(chǎn)鋼鐵的大型設(shè)備，對(duì)汽車(chē)用鈦材的穩(wěn)定供應(yīng)與質(zhì)量保證也至關(guān)重要。