陶瓷纤维铝基复合材料在铝合金活塞燃烧室喉口的应用.pdf

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1、徐涛徐云庆赵旭东宋树峰:陶瓷纤维铝基复合材料在铝合金活塞燃烧室喉口的应用陶瓷纤维铝基复合材料在铝合金活塞燃烧室喉口的应用ApplicationofAluminum——BasedCeramicFiberCompositeMaterialonAl——alloyPistonBowlRim徐涛徐云庆赵旭东宋树峰(山东滨州渤海活塞股份有限公司)[摘要]本文针对高强化柴油机活塞燃烧室喉口开裂的失效问题,简要分析了喉口开裂的原因,提出对喉口进行局部强化的对应措施。研究了陶瓷纤维铝基复合材料对喉口性能的影响。对陶瓷纤维复合材料的制作过程进行了阐述,并进行了材料的性能对比

2、和试验试验。经过对比,燃烧室喉12部位的复合材料比ZLl09G基体材料金相组织更加细密均匀,具有更加优异的高温性能,高温抗拉强度明显提高。优良的高温性能可以提高活塞的耐高温负荷能力,满足中重型高强化柴油机对活塞喉口性能的需求。[关键词]陶瓷纤维,铝基复合材料,活塞,燃烧室喉口Abstract:Thisarticleisfocusedonthehighstrengtheneddieselpistoncombustionchamberrimcrackfailureproblem.TherimcrackreasoniSanalyzedgenerallyandt

3、helOCalreinforceofbowlrimiSproposed.Thealuminum—basedceramicfibercompositematerialsinfluenceontherimperformancehasbeenresearched.Theceramicfibercompositematerial’Sproducingprocesshasbeendescribedandthematerialsperformancecomparisontesthasbeendone.Throughthetestcomparison,thecombu

4、stionchamberrimwithcompositematerialismuchfinerandthemicrostructureismoreuniformthanthebasematerialZLl09G,andwhichhassuperiorhightemperatureperformance.Anditstensilestrengthathightemperaturehasbeenimprovedobviously.Theexcellenthightemperatureperformancecouldenhancethepistonhighte

5、mperatureresistantloadingcapabilityandmeetthemediumandheavydutydieselpistonre.quirementsofitsrimperformance.Keywords:Ceramicfiber;Aluminum—basedcompositematerials;Piston;Bowlrim0引言随着能源和环境问题的日益凸显,节能和环保成为内燃发动机发展的主要方向。而随着发动机强化程度的不断提高,燃气的燃烧温度和爆发压力也越来越高,作为发动机能量转换核心部件的活塞,需要承受越来越严苛的热负荷和

6、机械负荷。运动部件的轻量化需求使得以铝硅合金为基体的活塞材料不易为其它材料所替代,为提高活塞在严酷工作环境下的可靠性,针对铝合金基体活塞材料性能提高的研究越来越受到重视,研究成果及其应用也日益广泛。1燃烧室喉口开裂及应对措施由于发动机强化程度的提高和活塞的轻量化设计,活塞的失效呈现出日益加重的趋势,失效模式也出现多样化趋势。据统计,由于活塞自身原因导致的主要失效部位有:1、燃烧室喉口开裂;2、销孔开裂和销孑L咬合;3、活塞环槽磨损;4、裙部磨损/拉缸等。在高强化柴油机活塞失效中,燃烧室‰,X,护处w一究}i一研一蒜~弛wn可J,也2内燃机与配件2016年

7、第2期喉口开裂是最主要的失效模式之一,如图1所示。图I燃烧星喉口开裂活塞活塞燃烧室喉口开裂失效主要是高周疲劳开裂。一般情况下,活塞最高温度位于喉121部位,在一些高强化柴油机上,铝合金活塞喉15的工作温度可达约350℃甚至更高。活塞在如此高的温度下还要承受时刻交替变化的高达200bar的爆发压力。高温导致喉口附近材料性能的快速降低,交变的机械负荷则很容易造成喉口的疲劳开裂失效。当活塞连接、配合尺寸,活塞结构,活塞所受负荷等基本确定后,提高铝合金活塞可靠性就需要靠提高活塞材料的性能来实现,其途径主要有两条:其一是提高铝合金材料的整体性能;其二是加强活塞易于

8、失效部位的局部材料的性能。基于经济型、制造、加工等综合考虑,局部材料性能强化的技

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