自転車および自動レースフィールドでのチタン合金の適用

May 22, 2023

自転車および自動レースフィールドでのチタン合金の適用

チタン自転車は、軽量、高強度、良好な耐食性、疲労抵抗の利点があります。 1980年代半ば以降、チタン自転車は急速に発達しており、チタン材料の適用を大幅に促進しています。たとえば、Ancotech、Haynes International。そしてサンドビックスペシャル。米国でTI3AL-2.5Vパイプを生産している3社の金属は、すべて自転車業界に目を向けています。
材料の選択に関しては、TI-3AL-2.5VおよびTI-6AL-4Vは、自転車フレームに最も一般的に使用されるチタン合金です。他のチタン合金と比較して、TI-3AL-2.5Vの最大の利点は、高降伏強度と優れたプロセスの可塑性であり、優れた溶接性能を持っています。不利な点は高い価格です。航空機の油圧システム向けに開発されましたが、高疲労強度と低密度と組み合わせた、優れた形成性、腐食抵抗、伸長のために、自転車市場の材料性能要件を満たしています。

過去数年間で、工業用純粋なチタンアームと非エアロスペースTI-3AL-2.5V（スポーツグレード）チタン合金で作られたフレームが人気があり、TI-6AL-4Vは、比較的優れた包括的な機械的特性を持つ最も成熟したアプリケーションです。。これは、最も完全なパフォーマンスデータを持つチタン合金材料です。それは優れたプロセスの可塑性と超塑性を持ち、さまざまな圧力処理と形成に適しています。また、さまざまな方法で溶接して機械加工することもできますが、パフォーマンスの形成性、溶接性、機械加工は、前者ほど良くありません。フレームを作成するという点では、Ti-6AL-4Vも魅力的です。 Li-3AL-2.5Vよりもわずかに高い弾性率と強度を持っていますが、小径の自転車フレームチューブに処理することはより困難です。フレームに接続されているクランクシャフトポジショナー、ペダル、ハンドルバー、およびその他の自転車部品は、ほとんどがTi-6AL-4Vでできています。

製錬のチタン合金のコストが高く、モリブデン、バナジウム、クロム、ニオビウムなどの高価な元素の含有量が多いため、製品の価格は比較的高くなっています。さらに、チタン合金の活性化学的特性により、押出、曲げ、その他のプラスチックの形成および溶接プロセスに吸収するのは簡単です。水素と酸素吸収は、製品のパフォーマンス、フォーミング、溶接性、加工性能も低下し、プロセスコストが大幅に増加し、チタン合金フレームの普及が制限されます。現在、一部の外国の材料メーカーは、低コストで処理しやすい新しいチタン合金材料の開発に取り組んでいます。

レーシングカー（車/オートバイ）へのチタン合金の適用

チタンは、自動車の構造部品に理想的な材料です。コネクティングロッド、バルブ、マフラー、排気管、ハブ、その他のコンポーネントは、チタン合金の製造に適しています。たとえば、米国のゼネラルモーターズによって打ち上げられたコリテZ06モデルの排気システムは、チタンを使用しています。マフラーの場合、ドイツのフォルクスワーゲンのルポFSI車はチタンスプリングを使用しており、日本の車で使用されるチタンの量は200〜300t/aのレベルに達しました。過去において、世界での自動車の年間生産量は6,000万人でした。車の50％が1kgのチタンを使用した場合、世界のチタンの需要は60％以上増加します。ロッドコネクティングロッドの重量の減少は、エンジンにとって非常に重要です。

レーシングエンジンコネクティングロッドは、強い衝撃と動的なストレスが高い負荷部分であるため、その軽量はトルクと出力を減らし、動的バランスの影響を改善し、ランニングノイズ、振動、燃料消費量を減らします。一般的に使用されるホットフォーギングプロセスに加えて、現在粉末冶金（鍛造）方法で製造されているチタン合金コネクティングロッドは、その材料利用率、優れた性能、ネットシェイプ処理、コネクティングロッドの品質変動により、大きな発達があります。見込み。高度な製造技術です。現在、外国のコネクティングロッドの粉末鍛造技術が成熟しています。 1995年、英国のブリッジフォードエンジンファクトリーによって生産されたジャガーエンジンAJ-8Vのコネクティングロッドの粉末は、わずか605gの質量でした。通常のダイの鍛造と比較して、材料の利用率は48.3％から95.9％に増加しました。

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