钛及钛合金具有密度小、机械性能优异、生物相容性好、耐腐蚀、耐高温、低温韧性好等特点, 目前已被大量应用于汽车制造领域。钛合金密度只有钢的60%, 而强度可以达到800MPa以上, 在500℃左右仍然保持良好的机械性能, 且焊接和成形性能都较好, 在20多年以前就已经被应用于赛车的制造上, 大幅减轻了赛车发动机的质量, 同时提高了发动机性能。

       目前, 汽车制造中所使用的钛合金零部件主要分布在汽车排气系统、发动机系统、传动和减振系统以及车体框架部分。

       1. 排气系统

       汽车排气系统材料要求具有较好的高温力学性能和耐S、Cl元素腐蚀性能。传统的排气门组件都是由不锈钢制备的, 但是人们发现钛合金在性能方面更加适合用作排气门材料。

       在新型的雪佛兰Corvette Z206汽车上使用的钛制回气管, 有效地避免了不锈钢管上出现的点蚀和焊缝锈蚀等问题, 同时还提高了燃油的燃烧效率和加速能力, 缩短了制动距离。

       美国最大的钛材制造商Timet一直致力于钛合金排气系统的研发与制造, 日本多家公司也开展了相关的研制工作, 目前, 富士重工株式会社已经限量生产了440套钛合金车用排气管。

       2. 发动机系统

        汽车发动机系统是汽车领域使用钛合金最多的部件，钛合金在发动机系统上的应用主要有气门、连杆、曲轴、气门座等零部件。

       日本本田汽车公司在NSX赛车V-6发动机中使用了锻造钛连杆；三菱汽车公司制造的高容量、四缸发动机中使用了钛气门弹簧座, 保时捷汽车中也使用了钛连杆。

       (1) 气门

       钛合金气门方面, 美国和日本都进行了大量的研究工作, 美国目前普遍使用Ti-6Al-4V合金制造进气门, 使用Ti-6Al-2Sn-4Zr-2M o合金制造排气门;而日本丰田公司则使用Ti-6Al-4V/Ti B合金制备进气门, 使用Ti-Al-Zr-Sn-Mo-Nb-Si/Ti B合金制备排气门。这几类钛合金都具有较好的高温力学性能、抗氧化和抗蠕变性能, 有效改善了发动机性能, 提高了汽车速度。

       (2) 气门座

       钛合金气门座在赛车和运动汽车上已得到广泛的应用, 每年生产25万套以上, 主要采用Ti-6Al-4V或Ti-5Al-2Cr-1Fe合金制备, 由于气门座形状比较简单, 所以在机械加工方面要求不高, 且不需要特殊的表面处理, 成本较便宜, 在汽车减重方面效果明显。

       (3) 连杆

       钛合金连杆的使用能够有效减轻发动机的质量, 提高汽车性能。目前主要的制备材料为Ti-6Al-4V合金。日本大同株式会社目前正在开发一种两相钛合金Ti-3Al-2V-0.2Si-0.47Ce-0.27La, 该合金具有良好的切削性, 在力学性能、疲劳性能和耐腐蚀性方面也较为优异, 期望用在发动机的急加速、急减速的连杆部件上。

       (4) 曲轴

       钛合金曲轴目前虽然没有得到广泛的应用, 但是日本专门开发的Ti-3Al-2.5V合金已经在本田赛车上面得到验证, 在有效减轻质量的同时, 将发动机转速提高了700r/min, 证明了钛合金曲轴的优越性。同时, 日本已经在试制Ti-5Al-2Cr-Fe合金曲轴, 期望钛合金在曲轴部件上得到更加广泛的应用。

       3. 减振系统

       汽车减振悬挂系统的核心部件就是悬簧。钛合金相比于一般汽车弹簧用钢而言, 具有更高的比强度和更低的切变模量, 抗疲劳强度也较高, 更加适合用作制造汽车减振弹簧。由于弹簧的挠度和圈数呈正比, 与材料的切变模量呈反比, 因此, 钛合金弹簧在达到相同弹簧反应的情况下, 比钢制弹簧需要更少的圈数, 有效减轻了弹簧质量, 节约了空间。

       同时, 钛合金弹簧还能够有效提高弹簧的共振频率, 提高其使用寿命。目前大部分的钛合金弹簧都是用单相β钛合金制备。德国大众公司已经在部分汽车上使用了Lupo FSI钛合金齿轮弹簧, 用量约为3500辆。

       4. 车体框架

       车体框架部件方面, 钛合金较高的比强度, 较低的密度以及良好的耐蚀性能, 都说明其是良好的车体框架制备材料。目前, 已经有汽车公司在车档支架、制动器卡钳活塞等部件上使用钛合金。变速器部件中, 日本目前正在开发一种高旋压成型法制备钛合金外壳的工艺, 与钢制外壳相比, 钛合金外壳更好地减轻飞轮的冲击, 缓冲效果更好。

       另外, 钛合金还在汽车紧固件等部件上得到了应用, 随着钛合金制备工艺和汽车工业的不断发展, 钛及钛合金在我国的现代汽车工业中必将发挥越来越重要的作用, 推动汽车工业的不断发展。