Tubo de titanio de pared delgada para automóviles ahorro de peso

Ahorro de peso en tubos de titanio de pared delgada para automoción

La reducción de masa en automoción no es un problema, sino dos. Una pieza limitada por la rigidez, como un eje de transmisión o un miembro del subchasis, no se aligera cambiando a un metal de menor densidad a menos que se rediseñe la sección, porque la rigidez cae con el módulo de elasticidad y la pared tiene que crecer para recuperarla. Una pieza limitada por la resistencia, como un soporte, una suspensión o una línea de presión, sí pierde peso, porque la resistencia a la fluencia por unidad de masa es lo que determina la pared. El tubo de titanio gana claramente en el segundo caso y solo después de rediseñar en el primero, y esta página presenta los números para ambos para que la elección se base en la aritmética en lugar de en la palabra "ligero".

Datos de tubos para automoción

Masa y rigidez comparadas con el acero

Densidad, g/cm34.517.85Módulo de elasticidad, GPa110207Resistencia a la fluencia, MPa275235Módulo por densidad, GPa por g/cm324.426.4Fluencia por densidad, kN m por kg6130Índice de masa, limitado por rigidez1.081.00Índice de masa, limitado por resistencia0.491.00

Lea las dos últimas filas juntas. Para igualar la rigidez a la flexión de un tubo de acero de 1.5 mm en titanio, la pared debe aumentar a unos 2.8 mm, porque 207 dividido por 110 es 1.88, y después de esa corrección la pieza de titanio es alrededor de un ocho por ciento más pesada que la de acero. Es por eso que un eje de transmisión de titanio no es simplemente una sustitución de material: es un diseño de mayor diámetro y pared más delgada que aleja el metal del eje neutro. Donde la pared está determinada por la resistencia en lugar de eso, el mismo tubo de 50.8 por 1.5 mm pesa 1.048 kg por metro en titanio frente a 1.824 kg en acero, un ahorro de aproximadamente el 42 por ciento, y aún así soporta una mayor presión de rotura.

Por qué el tubo soldado de pared delgada es adecuado para piezas de vehículos

Una pared de 1.0 mm en un tubo de 50 mm se fabrica a partir de fleje, no de una palanquilla perforada. El fleje se conforma a través de una serie de rodillos, se suelda sin aporte bajo argón, se desbasta el cordón por dentro y por fuera, el tubo se recoce en línea y luego se calibra a través de un cabezal Turk para devolver el diámetro y la redondez. Esa ruta proporciona una tolerancia de pared que un tubo sin soldadura del mismo tamaño no puede igualar económicamente, y proporciona un taladro concéntrico, lo que importa cuando el tubo se dobla posteriormente. El límite del proceso es la soldadura: las grietas por fatiga en servicio comienzan en la línea de soldadura si el cordón queda sobresaliente o si no se elimina la coloración por calor, por lo que el recocido y el desbaste no son pasos opcionales.

Límites de temperatura en el escape

El titanio se oxida en el aire por encima de aproximadamente 600 grados Celsius. Una sección trasera, un tubo de cola o un cuerpo de silenciador funcionan muy por debajo de eso y es el lugar correcto para el titanio. Un colector o un tubo descendente ve gases a 800 a 900 grados y no lo es, independientemente del ahorro de peso que se ofrezca, por lo que un escape suele ser de titanio desde el catalizador hacia atrás y una aleación diferente hacia adelante. La baja expansión del titanio, aproximadamente 8.6 micrómetros por metro por kelvin frente a 12 para el acero, también significa que el recorrido crece menos en caliente, lo que reduce el desplazamiento que la junta flexible tiene que absorber.

Fatiga y ruido

El titanio tiene un límite de fatiga útil en el aire y resiste la pulverización de sal que acelera la fatiga por corrosión en los escapes de acero recubiertos, que es la verdadera razón por la que los sistemas de titanio superan la vida útil de los vehículos a los que se montan. La contrapartida es la sensibilidad a la muesca: un rasguño, una marca de estampado o un borde de soldadura se convierte en un origen de grieta, por lo que el manejo y el acabado del extremo cortado importan más que en el acero. Una pared más delgada también irradia más ruido, por lo que una sección de titanio generalmente necesita el mismo volumen de deflector que la pieza de acero que reemplaza en lugar de una más ligera.

Unión de titanio a acero

El titanio y el acero no se pueden soldar por fusión entre sí: el hierro y el titanio forman intermetálicos frágiles en la interfaz y la junta falla sin previo aviso. Por lo tanto, los ensamblajes de automoción se fabrican con soldaduras de titanio a titanio dentro de la sección de titanio, y con bridas, abrazaderas, anillos de transición o juntas unidas mecánicamente donde se encuentran los dos metales. Donde un sujetador de acero presiona sobre titanio, una arandela aislante o un sujetador recubierto evita el ataque galvánico, porque el titanio es el socio catódico y el acero será el que se corroa.

Pedido de tubos para automoción

Especifique por diámetro exterior, pared, grado, longitud y prueba, por ejemplo, 50.8 mm de diámetro exterior, pared de 1.5 mm, Gr2, soldado y recocido, recto 1200 mm, probado con corrientes de Foucault, extremos desbarbados y tapados. Indique si la pieza se doblará, porque el radio de curvatura y el retroceso se acuerdan en función del estado del tubo, e indique si será visible, porque un acabado recocido brillante o pulido se cotiza por separado del decapado. Para trabajos de prototipos, un rollo de unos pocos cientos de metros suele ser la forma más económica de probar una pieza conformada antes de comprometerse con longitudes rectas.

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