1前言

　　開發(fā)的汽車排氣系用添加Cu的鈦合金及添加Cu及Nb的鈦合金，在2006年已成功地搭配在雙輪車上，在2009年搭配在四輪車上。商品名為：Super-TIX ?10CU，Super-TIX?10CUNB，目前正廣泛地用于汽車排氣系。本合金的研究開發(fā)，我們選擇了沒有使用先例的Cu作為合金添加元素，成功地實(shí)現(xiàn)了高加工性與高耐熱性。

　　本文介紹了選擇Cu作為合金添加元素的理由、而選擇Nb是為了提高抗氧化性。也介紹了合金的設(shè)計(jì)理念與諸特性，特別是研究了高溫機(jī)械性能及作為排氣系材料使用的高溫蠕變特性的研究結(jié)果與最近使用狀況。排氣裝置用材料對(duì)高溫強(qiáng)度、高溫疲勞特性及耐高溫氧化性自不必說，而部件的形狀、構(gòu)造及使用環(huán)境則要求良好的耐高溫蠕變性。關(guān)于蠕變的研究在純鈦方面有研究例，但也僅限于600℃以下，關(guān)于消音器用薄板的蠕變數(shù)據(jù)基本上沒有。一般情況下雙輪消音器的常用溫度過為650℃，為了評(píng)價(jià)Ti-1Cu與純鈦（JIS 2類）的蠕變特性，考察了其機(jī)理。

　　2汽車排氣系的要求性能與合金設(shè)計(jì)

　　論是雙輪車還是四輪車，在近發(fā)動(dòng)機(jī)的部位、近排氣凈化觸媒裝置的高溫部位可使用的高溫強(qiáng)度與耐氧化性優(yōu)良的鈦合金薄板是有要求的，已經(jīng)開發(fā)幾種鈦合金薄板。一方面，排氣系部件因要充分發(fā)揮其功能所以形狀復(fù)雜同時(shí)成品車受工藝性左右，必須抗復(fù)雜性加工。即排氣用材料不僅要有優(yōu)良的高溫強(qiáng)度、耐高溫氧化性，而且室溫下要有足夠的延伸率、優(yōu)良的彎曲性、張力成形性及深沖性成形等。

　　汽車排氣性用鈦合金的要求的特性必須符合以下4點(diǎn)：

　　（1）在600℃以上的高溫下有足夠的強(qiáng)度，長時(shí)間使用后強(qiáng)度降低小。

　　（2）在700℃以上的高溫下氧化引起的壁厚的減少十分小。

　　（3）在室溫下，與JIS 2類、ASTM Gr.2純鈦（以下簡稱Gr.2）具有同等以上的成形性（彎曲性、脹形特性、深沖性等）。

　　（4）在600℃以上的高溫下，低于溫度0.2%屈服強(qiáng)度的一定載重長時(shí)間施加也難于變形，即抗蠕變性優(yōu)良。

　　（1）的實(shí)現(xiàn)，即提高高溫強(qiáng)度，代表例就是Ti-3Al-2.5V、Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si，高溫下α相的固溶強(qiáng)化能大的置換型元素Al、Sn、Si的添加據(jù)多。另一方面，（2）的實(shí)現(xiàn)即高溫下抗氧化性提高，大多添加微量的Si。這樣一來，設(shè)計(jì)高溫下可使用的鈦合金時(shí)，一般多添加Al、Sn、Si。但是，這些元素在增加室溫強(qiáng)度方面有問題，即有損于純鈦優(yōu)良的冷加工性。特別是Al可增大層壓缺陷能，抑制了室溫下純鈦高加工性源頭的雙晶變形，擔(dān)心會(huì)降低冷加工性。

　　在這種情況下，我們擴(kuò)大了合金元素選擇范圍，包括含準(zhǔn)穩(wěn)定狀態(tài)的α相的固溶、發(fā)揮高溫區(qū)固溶強(qiáng)化能的同時(shí)，又不抑制室溫雙晶發(fā)生的元素，選擇了Cu。

　　具體的合金設(shè)計(jì)概念如下：

　　①平衡狀態(tài)下的最大的2.1mass%α相固溶，且易過度飽和（平衡相的Ti2Cu難于析出）置換型元素Cu添加在1mass%以下。

　　②為了維持CP鈦室溫下的高加工性，不是普通的JIS 2類、Gr.2，而是相當(dāng)于JIS 1類、Gr.1的低氧量。

　　③為了避免β相中Cu濃化中的α相的固溶量減少，極力抑制強(qiáng)β穩(wěn)定化元素中雜質(zhì)元素的Fe量。

　　基于這樣的設(shè)計(jì)理念開發(fā)出了Ti-1Cu(Super-TIX?10CU)。

　　本合金中排氣系用途設(shè)定在700℃,Cu的固溶強(qiáng)化與Gr.1相當(dāng)?shù)牡脱趿浚瑢?shí)現(xiàn)了高溫強(qiáng)度與室溫高加工性。

　　另一方面，Ti-1Cu 在500~800℃ 的高溫氧化性在后面將詳細(xì)敘述。與純鈦具有基本相同的性能或者更好一些，特別是800℃程度的高溫下也可使用，如果再添加0.5mass%Nb，以改善合金的耐氧化性。Nb的作用是抑制鈦的氧化殼中的氧的擴(kuò)散，以提高耐氧化性。同時(shí)α相中固溶了1.5~4.5mass%(500~800℃)，高溫強(qiáng)度降低了，α相中的Cu的固溶量減少的β相并沒有生成。另外，Nb對(duì)室溫加工性并沒有影響。在這中情況下開發(fā)出了Ti-1Cu-0.5Nb（Super-TIX?10CUNB），使用溫度設(shè)計(jì)在800℃附近。

　　4結(jié)論

　　本文介紹了汽車排氣系用Ti-1Cu及Ti-1Cu-0.5Nb設(shè)計(jì)概念及其優(yōu)良的特性（室溫成形性、高溫強(qiáng)度、耐氧化性、耐蠕變性）。這些合金通過Cu的添加實(shí)現(xiàn)了低氧化，必要的Nb的添加，原來合金設(shè)計(jì)思想中所沒有的新理念誕生了，如Super-TIX?10CU及Super-TIX?10CUNB作為汽車排氣系材料已廣泛地應(yīng)用。如Super-TIX?10CU從2007年開始已用在鈴木GSX系列的消音器的對(duì)耐熱性有要求的部位。2009年開始用在日產(chǎn)GT-Rspec-V及從2010年開始使用在GT-R EGOIST的消音器上（圖.13（a）），與不銹鋼相比約重量減輕了30%。Super-TIX?10CUNB在歐洲最大的排氣系部件制造商Akrapovic不僅用在摩托車上，也用在汽車的消音器（圖.13(b)）的一部分上均是充分活用了這些合金室溫下的高加工性與高溫強(qiáng)度、高耐氧化性、耐蠕變性，合金設(shè)計(jì)及制造條件的設(shè)定是合適的。