基于熱處理技術(shù)的鋁合金發(fā)動機氣缸殘余應(yīng)力研究

熱處理工藝的目的是提高強度和減少拉伸殘余應(yīng)力，其發(fā)展對防止含有灰鑄鐵襯板鑄件的鋁合金發(fā)動機氣缸變形有重要意義。然而，為有效優(yōu)化發(fā)動機缸體的熱處理方法，必須分析和比較熱處理的相關(guān)參數(shù)，并建立一個消除殘余應(yīng)力的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)。在這項研究中，對鋁合金氣缸橋進行固溶熱處理后，利用中子衍射測定殘余應(yīng)力，同時測量切向、徑向和軸向應(yīng)力，并將測量結(jié)果與熱處理前的發(fā)動機缸體進行比較。結(jié)果表明，使用當(dāng)前生產(chǎn)參數(shù)進行固溶熱處理能夠減小鋁合金氣缸橋的殘余應(yīng)力，氣缸底部的殘余應(yīng)力更小。

通過分析熱處理T4（固溶處理加自然時效）過程并與之前的TSR（熱時效工藝）和隨后的熱處理T7（固溶熱處理后，進行過時效的狀態(tài)）進行比較，從而能更好地理解每一個生產(chǎn)階段殘余應(yīng)力的減小和再分配。這將作為未來優(yōu)化過程的一種有效基準(zhǔn)。本研究得到如下結(jié)論。

（1）對發(fā)動機氣缸進行T4熱處理以減少拉伸殘余應(yīng)力，并分析鋁合金氣缸的殘余應(yīng)力。接近氣缸頂部在切向和軸向上的應(yīng)力約為100MPa，底部的應(yīng)力幾乎降至0，徑向壓縮應(yīng)力在50～100MPa。

（2）將TSR和T4處理進行比較，表明固溶熱處理技術(shù)可能完全消除殘余應(yīng)力。然而，在氣缸頂部冷卻速度更快，導(dǎo)致在這個區(qū)域又出現(xiàn)了拉伸應(yīng)力。相比之下，氣缸底部的冷卻速度導(dǎo)致應(yīng)力一直接近于零。

（3）比較熱處理T7和T4后的殘余應(yīng)力分布。結(jié)果表明，T7可能引起殘余應(yīng)力重新分布和屈服強度增加。

（4）對3個柱形部件灰鑄鐵襯板的殘余應(yīng)力分析顯示，在氣缸的頂部和底部，殘余應(yīng)力的軸向分量很高。

（5）相比TSR，使用T4熱處理會影響灰鑄鐵襯板切向、徑向的應(yīng)力分布，軸向的拉伸應(yīng)力增加。

Anthony Lombardi et al. SAE 2014-01-0837.

編譯：王川