基于熱處理技術的鋁合金發動機氣缸殘余應力研究

熱處理工藝的目的是提高強度和減少拉伸殘余應力，其發展對防止含有灰鑄鐵襯板鑄件的鋁合金發動機氣缸變形有重要意義。然而，為有效優化發動機缸體的熱處理方法，必須分析和比較熱處理的相關參數，并建立一個消除殘余應力的參數標準。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力，同時測量切向、徑向和軸向應力，并將測量結果與熱處理前的發動機缸體進行比較。結果表明，使用當前生產參數進行固溶熱處理能夠減小鋁合金氣缸橋的殘余應力，氣缸底部的殘余應力更小。

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）進行比較，從而能更好地理解每一個生產階段殘余應力的減小和再分配。這將作為未來優化過程的一種有效基準。本研究得到如下結論。

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

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

（3）比較熱處理T7和T4后的殘余應力分布。結果表明，T7可能引起殘余應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力分析顯示，在氣缸的頂部和底部，殘余應力的軸向分量很高。

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

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

編譯：王川