基于中子衍射的319铝合金发动机缸体残余应力分析

基于中子衍射的319铝合金发动机缸体残余应力分析

汽车行业中，逐渐采用铝合金材料取代铁合金材料，以实现汽车轻量化，如采用铝-硅-铜-镁合金（即319铝合金）制造发动机缸体。为了保证缸体内部表面的耐磨性，通常在缸体内嵌套铸铁缸套。发动机工作时，产生的高温和外力将会引起319铝合金缸体和铸铁缸套不协调的塑性变形，进而在发动机缸体上产生残余应力，这种残余应力将会影响发动机结构的静载强度、疲劳强度和屈服强度等。对此，借助中子衍射技术，通过试验对经T5处理后的319铝合金发动机缸体的残余应力进行分析，以便在实现发动机轻量化的同时降低残余应力的影响。

试验采用的发动机为加拿大尼玛克工程中心生产的V6发动机，发动机缸体采用Nemak-Cosworth铸造工艺。铸造后需要进行T5处理，T5处理包括固溶和不完全人工失效，处理后可保证319铝合金发动机缸体具有更高的强度和塑性。中子衍射试验在加拿大中子束试验中心进行。试验时，将特定波长的中子束通过铝合金缸体。由于应力的作用，中子束将使缸体内部的晶格间距产生变化，因此结合中子衍射峰角度的变化，根据布拉格关系确定出产生的晶格应变。上述确定晶格应变的过程需要进行6次，对晶格的6个面分别进行测量。根据胡克定律，结合319铝合金的弹性模量确定材料的残余应力。结果显示：①经T5处理，对319铝合金缸体的残余应力没有影响；②缸体内部残余应力约为300MPa；③发动机缸体距离缸盖50～60mm处的残余应力最大。

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

编译：王祥