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劳力士为什么不用钛合金,汽车发动机为何不用钛合金

来源:整理 时间:2022-12-01 05:37:34 编辑:手表知识 手机版

说钛合金不是在汽车发动机上没有使用,相反,钛合金在汽车发动机上应用很多,比如说钛合金的连杆、钛合金发动机气门、钛合金弹簧等等,下面的两张图就分别是汽车发动机里面的钛合金连杆和气门/气门弹簧。简单钛合金在航空航天上应用广泛,最重要的原因是钛合金的比强度、比刚度高,同样的强度下,钛合金质量比结构钢好;同样的质量下,钛合金的强度又比铝合金和镁合金高,所以说在航空航天这种“寸土寸金”、每一克质量都要锱铢必较的情况下,钛合金就是很好的选择了。

1、汽车发动机为何不用钛合金?

汽车发动机为何不用钛合金

很多人会有一种走极端的习惯,就是说一种材料好,那么这个材料一定是处处好,只要用上了那么就鸟枪换炮,立马变成世界第一。比如说钛合金,就是很多人眼里面的“世界第一”的材料,特别是因为这种材料在航空航天上应用很多【如下图所示,就是钛合金加工的发动机整体叶盘结构】,所以就更加增加了钛合金的“含金量”,恨不得哪里都应该用上,

但是实际上一种材料在哪个地方使用、能不能用、使用多少、在什么情况下使用,都是有很多考量的,并不是材料好就一定要用。钛合金确实是有很多很好的特性,比如说质量轻、耐腐蚀性好、热变形小、熔点高等等,但是钛合金也有很多的缺点,比如说价格昂贵、不容易加工等等,所以说钛合金不是在汽车发动机上没有使用,相反,钛合金在汽车发动机上应用很多,比如说钛合金的连杆、钛合金发动机气门、钛合金弹簧等等,下面的两张图就分别是汽车发动机里面的钛合金连杆和气门/气门弹簧。

这些零件是要高速运动起来的,所以把材料换成钛合金的可以有效降低质量,质量低了、惯性就低了,运动速度就可以更快,这当然是有利于发动机的,然而,钛合金在发动机中的应用还只是一些零件,至于说很复杂的全钛合金的汽车发动机缸体很少见。发动机的缸体部分一般还是采用铝合金和铸铁材料,这主要是从成本上出发的,而且,发动机缸体不属于运动件,所以密度稍微大一点儿可以接受,也不会给汽车增重多少。

毕竟,汽车作为地面载具,本身对于重量不像航空航天那样对重量那么敏感,一台汽车发动机在汽车总重中的占比也不超过10%,简单说,铝合金本身的性质也够用,但是成本和加工难度上则是要小很多,从成本上考虑当然是用铝合金、甚至于铸铁合适了。【下图就是铝合金的发动机缸体】另外,需要纠正一个观点的是,单纯从减重上说,用铝合金更加容易减重,因为铝合金的密度是比钛合金低的,

2、钛合金强度高质量小,为何一些战车不使用钛合金作为制造材料?

钛合金强度高质量小,为何一些战车不使用钛合金作为制造材料

航空航天专业的同学来回答一下这个问题。钛合金确实是一种性质非常优良的金属材料,被广泛地应用于军事工业的各个领域,尤其是高精尖的航空航天领域【如下图所示,就是在航空发动机中使用的钛合金整体叶盘结构】,被很多人称为“二十一世纪金属”,简单说,钛合金强度高、质量轻、耐腐蚀性好、熔点高、热变形小,所以难怪工业领域很喜欢这种看起来就非常优雅的金属材料。

但是,一种金属材料好,不代表处处都应该使用,而是要从需求、使用环境、加工效果和成本等方面综合考虑,有很多人觉得,说一种金属材料好,那么这种金属材料就是世界第一,全世界所有的东西都应该换成这种材料。但是实际上不是的,各种金属材料都有其优点,即便是最常用的、最普通的不锈钢、铸铁都能够在工业领域发挥其不可替代的作用,钛合金固然好,但是不代表处处用它都是最合适的,

比如说,你说钛合金强度高,但是高强度结构钢强度更加高;你说钛合金密度小,但是铝合金和镁合金的密度更加小【如下图所示】;你说钛合金熔点高,但是跟钨合金比起来,又是小弟弟所以说,只有在合适的地方用合适的材料才行,而不可能一种材料在所有方面超过其他所有的材料。简单说,钛合金在航空航天上应用广泛,最重要的原因是钛合金的比强度、比刚度高,同样的强度下,钛合金质量比结构钢好;同样的质量下,钛合金的强度又比铝合金和镁合金高,所以说在航空航天这种“寸土寸金”、每一克质量都要锱铢必较的情况下,钛合金就是很好的选择了,

但是,钛合金由于加工难度的问题,成本居高不下,如果说战车都用钛合金制造,那一辆战车几十吨的重量,怕不是美国都造不了几辆战车,而且从防护性能上说,钛合金确实是远远不如现在最先进的陶瓷-合金复合装甲,最后作为地面装备,为了让一辆坦克轻个几吨就要花上好几倍的成本,根本就没有必要。当然了,不是说钛合金在战车上就没有利用,相反,对于一些需要高速机动的火炮,钛合金确实有很广泛的用途。


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