活塞金相組織對(duì)其可靠性影響的研究.pdf

1、柴油機(jī)機(jī)車(chē)是國(guó)家運(yùn)輸業(yè)，重型機(jī)械等重要領(lǐng)域發(fā)展的核心動(dòng)力。為了滿足現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，為了適應(yīng)更高的要求，現(xiàn)代柴油機(jī)車(chē)的核心部件活塞正承受著前所未有的高熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷的相互交替作用。目前，柴油機(jī)車(chē)的活塞所承受的最高爆發(fā)壓力已經(jīng)高達(dá)20MPa，如此高的爆發(fā)壓力給活塞可靠性能帶來(lái)了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。鋁合金活塞的承受能力也幾乎到了極限，高負(fù)荷帶來(lái)了一系列的活塞疲勞失效問(wèn)題。因此，研究如何提高活塞的材料性能，從而減少活塞疲勞失效問(wèn)題具有重要意義。

2、　　本文以某型號(hào)柴油機(jī)活塞為研究對(duì)象，通過(guò)改善和提高活塞鑄造工藝對(duì)其材料微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改善；測(cè)試了1-4各等級(jí)金相活塞的物理性能和機(jī)械性能；采用有限元分析軟件對(duì)其在熱負(fù)荷及熱機(jī)耦合作用下的溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)、應(yīng)變情況進(jìn)行模擬分析，并采用硬度塞法對(duì)活塞溫度場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試；對(duì)第4級(jí)金相活塞頂部及燃燒室區(qū)域進(jìn)行了局部重熔處理，對(duì)局部改善后的活塞進(jìn)行了有限元熱分析，并將其與普通活塞進(jìn)行了熱疲勞對(duì)比試驗(yàn)。主要研究?jī)?nèi)容如下：
　?。?）在實(shí)驗(yàn)室中

3、對(duì)1-4級(jí)不同金相組織活塞進(jìn)行了材料性能測(cè)試，得到了各自的線膨脹系數(shù)、熱導(dǎo)率、極限強(qiáng)度等材料屬性隨溫度變化的情況。測(cè)試結(jié)果表明材料在高溫下的總體性能明顯降低，金相等級(jí)越高，材料性能的優(yōu)勢(shì)越明顯。
　?。?）在發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架上，采用硬度塞法對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)1、3、5號(hào)氣缸內(nèi)的活塞溫度場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試工作，得到了活塞表面各測(cè)點(diǎn)處的平均溫度。
　?。?）從溫度場(chǎng)分布可以看出，1-4級(jí)金相活塞最高溫度值隨金相等級(jí)下降呈現(xiàn)遞增趨勢(shì)。1-4級(jí)金相活塞

4、的溫度差值在活塞頭部較為明顯，活塞燃燒室的高溫區(qū)域隨金相等級(jí)降低呈現(xiàn)擴(kuò)大趨勢(shì)。從熱流密度場(chǎng)研究了活塞熱量的傳導(dǎo)方向，冷卻油腔和第一環(huán)槽對(duì)活塞頭部冷卻起到了主導(dǎo)作用。熱應(yīng)力場(chǎng)中，喉口處熱應(yīng)力較為集中，最大熱應(yīng)力值隨活塞金相等級(jí)下降而增大。1-4級(jí)金相活塞的熱變形最大值均小于活塞與氣缸間隙。
　　（4）對(duì)1-4級(jí)金相活塞的熱機(jī)耦合場(chǎng)進(jìn)行分析得出，耦合應(yīng)力和耦合變形均隨活塞金相等級(jí)的下降呈現(xiàn)增大趨勢(shì)。從耦合應(yīng)力場(chǎng)總體分布來(lái)看，熱負(fù)荷對(duì)耦

5、合應(yīng)力影響區(qū)域主要集中在活塞頭部，而機(jī)械負(fù)荷的影響區(qū)域則集中在銷(xiāo)座。耦合應(yīng)力值在銷(xiāo)座、第二環(huán)槽、喉口區(qū)域分布較大，3個(gè)區(qū)域處的許用應(yīng)力值與耦合應(yīng)力值的差值隨金相等級(jí)的下降呈下降趨勢(shì)，得出活塞金相等級(jí)越高其可靠性能越強(qiáng)；通過(guò)對(duì)比活塞在銷(xiāo)座喉口處的第一主應(yīng)力和第三主應(yīng)力分布情況，從微觀金相層面探討了拉壓應(yīng)力的作用對(duì)活塞局部裂紋產(chǎn)生的重要機(jī)理。
　?。?）對(duì)第4級(jí)金相活塞頂部進(jìn)行局部金相重熔處理，并對(duì)改善后的活塞進(jìn)行了有限元熱分析。模擬