基于热处理技术的铝合金发动机气缸残余应力研究

热处理工艺的目的是提高强度和减少拉伸残余应力，其发展对防止含有灰铸铁衬板铸件的铝合金发动机气缸变形有重要意义。然而，为有效优化发动机缸体的热处理方法，必须分析和比较热处理的相关参数，并建立一个消除残余应力的参数标准。在这项研究中，对铝合金气缸桥进行固溶热处理后，利用中子衍射测定残余应力，同时测量切向、径向和轴向应力，并将测量结果与热处理前的发动机缸体进行比较。结果表明，使用当前生产参数进行固溶热处理能够减小铝合金气缸桥的残余应力，气缸底部的残余应力更小。

通过分析热处理T4（固溶处理加自然时效）过程并与之前的TSR（热时效工艺）和随后的热处理T7（固溶热处理后，进行过时效的状态）进行比较，从而能更好地理解每一个生产阶段残余应力的减小和再分配。这将作为未来优化过程的一种有效基准。本研究得到如下结论。

（1）对发动机气缸进行T4热处理以减少拉伸残余应力，并分析铝合金气缸的残余应力。接近气缸顶部在切向和轴向上的应力约为100MPa，底部的应力几乎降至0，径向压缩应力在50～100MPa。

（2）将TSR和T4处理进行比较，表明固溶热处理技术可能完全消除残余应力。然而，在气缸顶部冷却速度更快，导致在这个区域又出现了拉伸应力。相比之下，气缸底部的冷却速度导致应力一直接近于零。

（3）比较热处理T7和T4后的残余应力分布。结果表明，T7可能引起残余应力重新分布和屈服强度增加。

（4）对3个柱形部件灰铸铁衬板的残余应力分析显示，在气缸的顶部和底部，残余应力的轴向分量很高。

（5）相比TSR，使用T4热处理会影响灰铸铁衬板切向、径向的应力分布，轴向的拉伸应力增加。

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

编译：王川