基于中子衍射的319鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)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(shí)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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)工作時(shí)，產(chǎn)生的高溫和外力將會(huì)引起319鋁合金缸體和鑄鐵缸套不協(xié)調(diào)的塑性變形，進(jìn)而在發(fā)動(dòng)機(jī)缸體上產(chǎn)生殘余應(yīng)力，這種殘余應(yīng)力將會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)的靜載強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度等。對(duì)此，借助中子衍射技術(shù)，通過試驗(yàn)對(duì)經(jīng)T5處理后的319鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的殘余應(yīng)力進(jìn)行分析，以便在實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)輕量化的同時(shí)降低殘余應(yīng)力的影響。

試驗(yàn)采用的發(fā)動(dòng)機(jī)為加拿大尼瑪克工程中心生產(chǎn)的V6發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)缸體采用Nemak-Cosworth鑄造工藝。鑄造后需要進(jìn)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(dòng)機(jī)缸體具有更高的強(qiáng)度和塑性。中子衍射試驗(yàn)在加拿大中子束試驗(yàn)中心進(jìn)行。試驗(yàn)時(shí)，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(jìn)行6次，對(duì)晶格的6個(gè)面分別進(jìn)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(duì)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(dòng)機(jī)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