ऑटोमोबाइल उद्योग में टाइटेनियम मिश्रधातु की अनुप्रयोग स्थिति

हाल के वर्षों में, ऑटोमोबाइल उद्योग के तेजी से विकास के साथ, ऑटोमोबाइल द्वारा उत्पन्न ईंधन की खपत, पर्यावरण संरक्षण और सुरक्षा के मुद्दों ने अधिक ध्यान आकर्षित किया है। ऑटोमोबाइल उद्योग के भविष्य के विकास की दिशा को देखते हुए, हल्के वजन, कम ईंधन की खपत और कम उत्सर्जन विकास के विषय हैं। अंतरराष्ट्रीय आधिकारिक विभागों के आँकड़ों के अनुसार, ऑटोमोबाइल ईंधन दहन की 60% ऊर्जा अपने स्वयं के वजन से खपत होती है। हालाँकि उच्च शक्ति वाली पतली स्टील प्लेट, एल्यूमीनियम, मैग्नीशियम, धातु-आधारित मिश्रित सामग्री और प्लास्टिक राल सामग्री ने ऑटोमोबाइल के वजन को कम करने में भूमिका निभाई है, लेकिन औद्योगिक टाइटेनियम सामग्री के उद्भव ने ऑटोमोबाइल निर्माण को एक बेहतर विकल्प बना दिया है।

टाइटेनियम धातु में कम घनत्व, उच्च विशिष्ट शक्ति और अच्छे संक्षारण प्रतिरोध के फायदे हैं। ऑटोमोबाइल में टाइटेनियम सामग्री का उपयोग कार बॉडी के वजन को बहुत कम कर सकता है, ईंधन की खपत को कम कर सकता है, इंजन की कार्यकुशलता में सुधार कर सकता है, पर्यावरण में सुधार कर सकता है और शोर को कम कर सकता है। हालांकि, महंगी कीमत टाइटेनियम मिश्र धातुओं को ऑटोमोबाइल उद्योग में केवल लक्जरी मॉडल और स्पोर्ट्स कारों में कुछ अनुप्रयोग बनाती है, और साधारण कारों में शायद ही कभी। इसलिए, बाजार की जरूरतों को पूरा करने वाले कम लागत वाले टाइटेनियम मिश्र धातुओं का अनुसंधान और विकास साधारण घरेलू कारों में इसके अनुप्रयोग को बढ़ावा देने की कुंजी है।

 

ऑटोमोबाइल उद्योग में टाइटेनियम मिश्रधातु की वर्तमान अनुप्रयोग स्थिति
यद्यपि टाइटेनियम मिश्र धातुओं का व्यापक रूप से एयरोस्पेस, पेट्रोकेमिकल और जहाज निर्माण उद्योगों में उपयोग किया गया है, लेकिन ऑटोमोबाइल उद्योग में उनका अनुप्रयोग धीरे-धीरे विकसित हुआ है। 1956 में संयुक्त राज्य अमेरिका में जनरल मोटर्स द्वारा पहली ऑल-टाइटेनियम कार सफलतापूर्वक विकसित की गई थी, इसलिए टाइटेनियम ऑटो पार्ट्स 1980 के दशक तक बड़े पैमाने पर उत्पादन के स्तर तक नहीं पहुँच पाए थे। 1990 के दशक में, लक्जरी कारों, स्पोर्ट्स कारों और रेसिंग कारों की बढ़ती मांग के साथ, टाइटेनियम भागों का तेजी से विकास हुआ है। 1990 में, दुनिया भर में ऑटोमोबाइल में इस्तेमाल होने वाले टाइटेनियम की मात्रा केवल 50 टन थी, जो 1997 में 500 टन, 2002 में 1100 टन और 2009 में 3000 टन तक पहुँच गई। यह उम्मीद की जाती है कि 2015 में दुनिया भर में ऑटोमोबाइल में इस्तेमाल होने वाले टाइटेनियम की मात्रा 5000 टन से अधिक हो जाएगी। वर्तमान में, निम्नलिखित टाइटेनियम मिश्र धातु भागों का आमतौर पर उपयोग किया जाता है।

1. इंजन कनेक्टिंग रॉड
टाइटेनियम मिश्र धातु कनेक्टिंग रॉड सामग्री के लिए एक आदर्श विकल्प है। टाइटेनियम मिश्र धातु से बने इंजन कनेक्टिंग रॉड प्रभावी रूप से इंजन के वजन को कम कर सकते हैं, ईंधन दक्षता में सुधार कर सकते हैं और निकास की मात्रा को कम कर सकते हैं। स्टील कनेक्टिंग रॉड की तुलना में, टाइटेनियम कनेक्टिंग रॉड वजन का 15% से 20% कम कर सकते हैं। टाइटेनियम मिश्र धातु कनेक्टिंग रॉड का अनुप्रयोग सबसे पहले इटली में नए फेरारी 3.5LV8 और एक्यूरा NSX इंजन में परिलक्षित हुआ था। टाइटेनियम मिश्र धातु से बने कनेक्टिंग रॉड के लिए प्रयुक्त सामग्री मुख्य रूप से Ti-6Al-4V, Ti-10V-2Fe-3Al, Ti-3Al-2.0V और Ti-4Al-4Mo-Sn-0.5Si हैं, तथा अन्य टाइटेनियम मिश्र धातु सामग्री जैसे Ti-4Al-2Si-4Mn और Ti-7M-4Mo को भी कनेक्टिंग रॉड में उपयोग के लिए विकसित किया जा रहा है।

2. इंजन वाल्व
टाइटेनियम मिश्र धातुओं से बने ऑटोमोबाइल इंजन वाल्व न केवल वजन कम कर सकते हैं और सेवा जीवन बढ़ा सकते हैं, बल्कि ईंधन की खपत को भी कम कर सकते हैं और ऑटोमोबाइल विश्वसनीयता में सुधार कर सकते हैं। स्टील वाल्व की तुलना में, टाइटेनियम वाल्व वजन को 30% से 40% तक कम कर सकते हैं, और इंजन की सीमा गति को 20% तक बढ़ाया जा सकता है। जहां तक ​​वर्तमान अनुप्रयोगों का संबंध है, सेवन वाल्व की सामग्री मुख्य रूप से Ti-6Al-4V है, और निकास वाल्व की सामग्री मुख्य रूप से Ti-6242S है। आमतौर पर Sn और Al को कम भंगुरता और अधिक ताकत प्राप्त करने के लिए एक साथ जोड़ा जाता है; Mo को जोड़ने से टाइटेनियम मिश्र धातुओं के ताप उपचार प्रदर्शन में सुधार हो सकता है, शमन और उम्र बढ़ने वाले टाइटेनियम मिश्र धातुओं की ताकत बढ़ सकती है, और कठोरता बढ़ सकती है। विकास क्षमता वाले अन्य टाइटेनियम मिश्र धातु हैं:
1) सेवन वाल्व Ti-62S से बनाया जा सकता है, जिसमें Ti-6Al-4V के समान विशेषताएं हैं और यह सस्ता है।
2) निकास वाल्व Ti-6Al-2Sn-4.0Zr-0.4-Mo-0.45Si से बनाया जा सकता है। इसकी कम Mo सामग्री के कारण, इसका रेंगना प्रतिरोध Ti-6242S की तुलना में बेहतर है, और इसका ऑक्सीकरण प्रतिरोध तापमान 600 डिग्री तक पहुँच सकता है।
3) निकास वाल्व -TiAl से बना हो सकता है, जिसमें उच्च तापमान प्रतिरोध और हल्के वजन की विशेषताएं हैं, लेकिन पारंपरिक फोर्जिंग विधियों द्वारा प्रसंस्करण के लिए उपयुक्त नहीं है, और केवल कास्टिंग और पाउडर धातु विज्ञान के लिए उपयुक्त है।

 

3. वाल्व स्प्रिंग सीट

उच्च शक्ति और थकान प्रतिरोध वे गुण हैं जो वाल्व स्प्रिंग सीट में होने चाहिए। टाइटेनियम मिश्र धातु एक ऊष्मा-उपचार योग्य मिश्र धातु है जो ठोस समाधान उम्र बढ़ने के उपचार के माध्यम से उच्च शक्ति प्राप्त कर सकती है। इसी अधिक उपयुक्त सामग्री Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn और Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si हैं। मित्सुबिशी मोटर्स अपने बड़े पैमाने पर उत्पादित कारों पर Ti-22V-4Al टाइटेनियम मिश्र धातु वाल्व स्प्रिंग सीट का उपयोग करता है, जो मूल स्टील लॉक की तुलना में द्रव्यमान को 42% कम करता है, वाल्व तंत्र के जड़त्वीय द्रव्यमान को 6% कम करता है, और अधिकतम इंजन की गति को 300r/min तक बढ़ाता है।

 

4. टाइटेनियम मिश्र धातु स्प्रिंग्स

टाइटेनियम और उसके मिश्र धातुओं में स्टील सामग्री की तुलना में कम लोचदार मापांक होता है, एक बड़ा σs/E मान होता है, और लोचदार घटकों के निर्माण के लिए उपयुक्त होते हैं। स्टील ऑटोमोबाइल स्प्रिंग्स की तुलना में, समान लोचदार कार्य के आधार पर, टाइटेनियम स्प्रिंग्स की ऊंचाई स्टील स्प्रिंग्स की तुलना में केवल 40% है, और द्रव्यमान स्टील स्प्रिंग्स का केवल 30% से 40% है, जो शरीर के डिजाइन के लिए सुविधाजनक है। इसके अलावा, टाइटेनियम मिश्र धातुओं के उत्कृष्ट थकान प्रदर्शन और संक्षारण प्रतिरोध स्प्रिंग्स के सेवा जीवन को बढ़ा सकते हैं। वर्तमान में, टाइटेनियम मिश्र धातु सामग्री जिसका उपयोग ऑटोमोबाइल स्प्रिंग्स के निर्माण के लिए किया जा सकता है, उनमें Ti-4.5Fe6.8Mo-1.5Al और Ti-13V11C-3Al शामिल हैं।

 

5. टर्बोचार्जर

टर्बोचार्जर इंजन की 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 वाले निकास गैस में काम करने की आवश्यकता होती है, इसलिए इसमें अच्छा ताप प्रतिरोध होना आवश्यक है। पारंपरिक हल्की धातुओं जैसे एल्यूमीनियम मिश्र धातु का उपयोग उनके कम गलनांक के कारण नहीं किया जा सकता है। हालाँकि सिरेमिक सामग्री का उपयोग टरबाइन रोटर में उनके हल्के वजन और अच्छे उच्च तापमान प्रतिरोध के कारण किया जाता है, लेकिन उनका अनुप्रयोग उच्च लागत और आकार को अनुकूलित करने में असमर्थता के कारण सीमित है। इन समस्याओं को हल करने के लिए, टेटसुई एट अल ने TiAl टरबाइन रोटर विकसित किया। कई परीक्षणों और सत्यापनों के बाद, इसमें न केवल अच्छा स्थायित्व और दक्षता है, बल्कि इंजन के त्वरण में भी सुधार हो सकता है। इस डिज़ाइन का मित्सुबिशी लांसर इवोल्यूशन सीरीज़ में सफलतापूर्वक व्यावसायीकरण किया गया है।

 

6. निकास प्रणाली और मफलर

ऑटोमोबाइल के एग्जॉस्ट सिस्टम में टाइटेनियम का इस्तेमाल बड़ी मात्रा में होता है। टाइटेनियम और उसके मिश्र धातुओं से बने एग्जॉस्ट सिस्टम न केवल विश्वसनीयता बढ़ा सकते हैं, जीवन बढ़ा सकते हैं और दिखावट में सुधार कर सकते हैं, बल्कि वजन भी कम कर सकते हैं और ईंधन दहन दक्षता में सुधार कर सकते हैं। स्टील एग्जॉस्ट सिस्टम की तुलना में, टाइटेनियम एग्जॉस्ट सिस्टम वजन को लगभग 40% तक कम कर सकता है। गोल्फ़ सीरीज़ की कारों में, टाइटेनियम एग्जॉस्ट सिस्टम का वजन 7 से 9 किलोग्राम तक कम किया जा सकता है। वर्तमान में, एग्जॉस्ट सिस्टम में इस्तेमाल किया जाने वाला टाइटेनियम मुख्य रूप से औद्योगिक शुद्ध टाइटेनियम है।

टाइटेनियम मफलर का वजन केवल 5 से 6 किलोग्राम है, जो स्टेनलेस स्टील मफलर से हल्का है। 2000 शेवरले कार्वेट Z06 मूल 20 किलोग्राम स्टेनलेस स्टील सिस्टम को बदलने के लिए 11.8 किलोग्राम टाइटेनियम मफलर और टेलपाइप सिस्टम का उपयोग करता है, जिससे वजन 41% कम हो जाता है। प्रतिस्थापित प्रणाली की ताकत अपरिवर्तित रहती है, और कार अधिक तेज़, अधिक लचीली और ईंधन-कुशल होती है। मफलर में इस्तेमाल किया जाने वाला टाइटेनियम भी मुख्य रूप से औद्योगिक शुद्ध टाइटेनियम है।

 

7. बॉडी फ्रेम

कार की सुरक्षा और विश्वसनीयता को बेहतर बनाने के लिए, डिजाइन और विनिर्माण पहलुओं, विशेष रूप से विनिर्माण सामग्री पर विचार करना आवश्यक है। टाइटेनियम बॉडी फ्रेम बनाने के लिए एक अच्छी सामग्री है। इसमें न केवल उच्च विशिष्ट शक्ति है, बल्कि अच्छी कठोरता भी है। जापान में, कार निर्माता बॉडी फ्रेम बनाने के लिए शुद्ध टाइटेनियम धातु वेल्डेड पाइप चुनते हैं, जो ड्राइवरों को ड्राइविंग करते समय पर्याप्त सुरक्षित महसूस करा सकते हैं।

 

8. अन्य टाइटेनियम मिश्र धातु भाग

उपरोक्त भागों के अलावा, टाइटेनियम का उपयोग इंजन रॉकर आर्म्स, सस्पेंशन स्प्रिंग्स, इंजन पिस्टन पिन, ऑटोमोटिव फास्टनर, लग नट, ऑटोमोटिव डोर प्रोट्रूशन बीम, ऑटोमोटिव स्टॉप ब्रैकेट, ब्रेक कैलीपर पिस्टन, पिन बोल्ट, प्रेशर प्लेट, शिफ्ट बटन और ऑटोमोटिव क्लच डिस्क और अन्य ऑटोमोटिव भागों में भी किया जाता है। ऑटोमोटिव डिज़ाइन की नई पीढ़ी तेजी से सख्त पर्यावरणीय आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए इंजन के हल्के शरीर, कम ईंधन की खपत, कम शोर और हल्के कंपन पर अधिक ध्यान देती है। इस संदर्भ में, हल्की धातु टाइटेनियम भविष्य के ऑटोमोबाइल के लिए एक प्रमुख अनुप्रयोग सामग्री बन जाएगी।