基于中子衍射的319鋁合金發(fā)動機缸體殘余應(yīng)力分析

汽車行業(yè)中，逐漸采用鋁合金材料取代鐵合金材料，以實現(xiàn)汽車輕量化，如采用鋁-硅-銅-鎂合金（即319鋁合金）制造發(fā)動機缸體。為了保證缸體內(nèi)部表面的耐磨性，通常在缸體內(nèi)嵌套鑄鐵缸套。發(fā)動機工作時，產(chǎn)生的高溫和外力將會引起319鋁合金缸體和鑄鐵缸套不協(xié)調(diào)的塑性變形，進而在發(fā)動機缸體上產(chǎn)生殘余應(yīng)力，這種殘余應(yīng)力將會影響發(fā)動機結(jié)構(gòu)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(shù)，通過試驗對經(jīng)T5處理后的319鋁合金發(fā)動機缸體的殘余應(yīng)力進行分析，以便在實現(xiàn)發(fā)動機輕量化的同時降低殘余應(yīng)力的影響。

試驗采用的發(fā)動機為加拿大尼瑪克工程中心生產(chǎn)的V6發(fā)動機，發(fā)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(fā)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(yīng)力的作用，中子束將使缸體內(nèi)部的晶格間距產(chǎn)生變化，因此結(jié)合中子衍射峰角度的變化，根據(jù)布拉格關(guān)系確定出產(chǎn)生的晶格應(yīng)變。上述確定晶格應(yīng)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(jù)胡克定律，結(jié)合319鋁合金的彈性模量確定材料的殘余應(yīng)力。結(jié)果顯示：①經(jīng)T5處理，對319鋁合金缸體的殘余應(yīng)力沒有影響；②缸體內(nèi)部殘余應(yīng)力約為300MPa；③發(fā)動機缸體距離缸蓋50～60mm處的殘余應(yīng)力最大。

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

編譯：王祥