基于中子衍射的319鋁合金發動機缸體殘余應力分析

基于中子衍射的319鋁合金發動機缸體殘余應力分析

汽車行業中，逐漸采用鋁合金材料取代鐵合金材料，以實現汽車輕量化，如采用鋁-硅-銅-鎂合金（即319鋁合金）制造發動機缸體。為了保證缸體內部表面的耐磨性，通常在缸體內嵌套鑄鐵缸套。發動機工作時，產生的高溫和外力將會引起319鋁合金缸體和鑄鐵缸套不協調的塑性變形，進而在發動機缸體上產生殘余應力，這種殘余應力將會影響發動機結構的靜載強度、疲勞強度和屈服強度等。對此，借助中子衍射技術，通過試驗對經T5處理后的319鋁合金發動機缸體的殘余應力進行分析，以便在實現發動機輕量化的同時降低殘余應力的影響。

試驗采用的發動機為加拿大尼瑪克工程中心生產的V6發動機，發動機缸體采用Nemak-Cosworth鑄造工藝。鑄造后需要進行T5處理，T5處理包括固溶和不完全人工失效，處理后可保證319鋁合金發動機缸體具有更高的強度和塑性。中子衍射試驗在加拿大中子束試驗中心進行。試驗時，將特定波長的中子束通過鋁合金缸體。由于應力的作用，中子束將使缸體內部的晶格間距產生變化，因此結合中子衍射峰角度的變化，根據布拉格關系確定出產生的晶格應變。上述確定晶格應變的過程需要進行6次，對晶格的6個面分別進行測量。根據胡克定律，結合319鋁合金的彈性模量確定材料的殘余應力。結果顯示：①經T5處理，對319鋁合金缸體的殘余應力沒有影響；②缸體內部殘余應力約為300MPa；③發動機缸體距離缸蓋50～60mm處的殘余應力最大。

Suleman Ahmad et al.SAE 2016-01-0353.

編譯：王祥