铸造活塞Al-Si共晶合金力学性能与损伤机制研究
发布时间：2022-01-24 04:33
由于铸造Al-Si合金具有比强度高、密度小、热膨胀系数低、成型流动性好等优点,过去几十年在发动机活塞领域得到了广泛应用。活塞在不同工作阶段会面临不同的机械载荷和热载荷,包括高频低应力载荷,低频高应力载荷以及热机械载荷。在发动机启动-停机阶段,活塞顶部所面临的最高温度和应力可超过400℃和20 MPa,在活塞顶和群部之间就会产生很大的温度梯度。本文以活塞服役环境和共晶Al-Si活塞合金为切入点,分析了该合金在不同载荷形式下（高温拉伸、等温疲劳和热机械疲劳）裂纹萌生与扩展行为,以及微观组织对力学性能的影响。1)拉伸损伤和抗拉强度随温度的转变机制。合金中的初生相和纳米沉淀相对Al-Si合金强度变化具有重要影响。基于不同温度下拉伸性能和原位拉伸损伤观察,当温度为25℃-280℃阶段,此时合金强度主要受脆性初生Si相影响;根据原位实验结果和弹性场模型,当合金中局部应力达到约430MPa时,就会引起该内部初生Si相开裂并导快速脆性断裂。在该温度范围内未满足Considere准则h=K也表明局部强度不足（如初生Si）。当温度为280℃-425℃阶段时,基体强度不足成为该合金强度变化的主要因素。由于高...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：169 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１?（ａ）封闭循环系统中内燃机循环效率随压力峰值的变化丨９］；?（ｂ）?２０００年至??２０４０年不同类型机械每天的能源消耗丨??
?第１章绪论???劳损伤而失效［１４，１５］。??图１．２内燃机活塞。图片来自于丨１０丨。??Ｆｉｇ．?１．２?Ｄｉｅｓｅｌ?ｅｎｇｉｎｅ?ｐｉｓｔｏｎ．?Ｔｈｉｓ?ｆｉｇｕｒｅ?ｉｓ?ｒｅｐｒｏｄｕｃｅｄ?ｆｒｏｍ，１〇ｉ．??＾ｉｒｌ??图１．３活塞和Ｍ局部有效塑性应变分布。??Ｆｉｇ．?１．３?Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ｏｆ?ｐｌａｓｔｉｃ?ｓｔｒａｉｎ?ｉｎ?ｐｉｓｔｏｎ?ａｎｄ?ｃｙｌｉｎｄｅｒ?ｈｅａｄ．??总而言之，随着柴油机功率密度的提高，活塞的服役工况温度将会有所增加，??传统活塞铝合金材料的高温力学性能，尤其是高温疲劳寿命将成为柴油机功率密??度进一步提升的瓶颈，低周疲劳在活塞失效中也占据着重要地位。目前对该合合??金疲劳研宄的内容主要包含三类：一是对疲劳机理的研宄，以期在疲劳学科上有??所突破；二是对新材料抗疲劳性能的研宄，目的是缩短新材料研发周期；三是安??全性评价和寿命预测等，其出发点在于解决实际工程问题。??３??
?第１章绪论???劳损伤而失效［１４，１５］。??图１．２内燃机活塞。图片来自于丨１０丨。??Ｆｉｇ．?１．２?Ｄｉｅｓｅｌ?ｅｎｇｉｎｅ?ｐｉｓｔｏｎ．?Ｔｈｉｓ?ｆｉｇｕｒｅ?ｉｓ?ｒｅｐｒｏｄｕｃｅｄ?ｆｒｏｍ，１〇ｉ．??＾ｉｒｌ??图１．３活塞和Ｍ局部有效塑性应变分布。??Ｆｉｇ．?１．３?Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ｏｆ?ｐｌａｓｔｉｃ?ｓｔｒａｉｎ?ｉｎ?ｐｉｓｔｏｎ?ａｎｄ?ｃｙｌｉｎｄｅｒ?ｈｅａｄ．??总而言之，随着柴油机功率密度的提高，活塞的服役工况温度将会有所增加，??传统活塞铝合金材料的高温力学性能，尤其是高温疲劳寿命将成为柴油机功率密??度进一步提升的瓶颈，低周疲劳在活塞失效中也占据着重要地位。目前对该合合??金疲劳研宄的内容主要包含三类：一是对疲劳机理的研宄，以期在疲劳学科上有??所突破；二是对新材料抗疲劳性能的研宄，目的是缩短新材料研发周期；三是安??全性评价和寿命预测等，其出发点在于解决实际工程问题。??３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国船用柴油机发展趋势探析[J]. 田海涛. 柴油机设计与制造. 2019(01)
[2]金属材料疲劳性能预测统一模型探索[J]. 张哲峰,刘睿,张振军,田艳中,张鹏. 金属学报. 2018(11)
[3]Structural evolution of Al–8%Si hypoeutectic alloy by ultrasonic processing[J]. J.Y.Wang,B.J.Wang,L.F.Huang. Journal of Materials Science & Technology. 2017(11)
[4]Interfacial Structure and Formation Mechanism of Ultrasonic-assisted Brazed Joint of SiC Ceramics with Al—12Si Filler Metals in Air[J]. Xiaoguang Chen,Ruishan Xie,Zhiwei Lai,Lei Liu,Jiuchun Yan,Guisheng Zou. Journal of Materials Science & Technology. 2017(05)
[5]Molecular Dynamics Simulation of Tensile Deformation and Fracture of γ-TiAl with and without Surface Defects[J]. H.N.Wu,D.S.Xu,H.Wang,R.Yang. Journal of Materials Science & Technology. 2016(10)
[6]铝合金活塞材料的研发与应用进展[J]. 陈琪云. 合肥学院学报(自然科学版). 2012(03)
[7]内燃机发展史及未来趋势[J]. 赵静. 中国高新技术企业. 2012(17)
[8]新型柴油发动机特性探析[J]. 吴广艳,韩鹏. 机电信息. 2011(21)
[9]Al-Si-Cu-Mg（-Er）铸造铝合金的低周疲劳行为[J]. 车欣,徐志军,陈立佳,徐海健,李锋. 铸造. 2011(01)
[10]船用大功率柴油机产业发展初步分析[J]. 侯勤春. 船舶工程. 2008(03)
本文编号：3605854
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：169 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１?（ａ）封闭循环系统中内燃机循环效率随压力峰值的变化丨９］；?（ｂ）?２０００年至??２０４０年不同类型机械每天的能源消耗丨??
?第１章绪论???劳损伤而失效［１４，１５］。??图１．２内燃机活塞。图片来自于丨１０丨。??Ｆｉｇ．?１．２?Ｄｉｅｓｅｌ?ｅｎｇｉｎｅ?ｐｉｓｔｏｎ．?Ｔｈｉｓ?ｆｉｇｕｒｅ?ｉｓ?ｒｅｐｒｏｄｕｃｅｄ?ｆｒｏｍ，１〇ｉ．??＾ｉｒｌ??图１．３活塞和Ｍ局部有效塑性应变分布。??Ｆｉｇ．?１．３?Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ｏｆ?ｐｌａｓｔｉｃ?ｓｔｒａｉｎ?ｉｎ?ｐｉｓｔｏｎ?ａｎｄ?ｃｙｌｉｎｄｅｒ?ｈｅａｄ．??总而言之，随着柴油机功率密度的提高，活塞的服役工况温度将会有所增加，??传统活塞铝合金材料的高温力学性能，尤其是高温疲劳寿命将成为柴油机功率密??度进一步提升的瓶颈，低周疲劳在活塞失效中也占据着重要地位。目前对该合合??金疲劳研宄的内容主要包含三类：一是对疲劳机理的研宄，以期在疲劳学科上有??所突破；二是对新材料抗疲劳性能的研宄，目的是缩短新材料研发周期；三是安??全性评价和寿命预测等，其出发点在于解决实际工程问题。??３??
?第１章绪论???劳损伤而失效［１４，１５］。??图１．２内燃机活塞。图片来自于丨１０丨。??Ｆｉｇ．?１．２?Ｄｉｅｓｅｌ?ｅｎｇｉｎｅ?ｐｉｓｔｏｎ．?Ｔｈｉｓ?ｆｉｇｕｒｅ?ｉｓ?ｒｅｐｒｏｄｕｃｅｄ?ｆｒｏｍ，１〇ｉ．??＾ｉｒｌ??图１．３活塞和Ｍ局部有效塑性应变分布。??Ｆｉｇ．?１．３?Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ｏｆ?ｐｌａｓｔｉｃ?ｓｔｒａｉｎ?ｉｎ?ｐｉｓｔｏｎ?ａｎｄ?ｃｙｌｉｎｄｅｒ?ｈｅａｄ．??总而言之，随着柴油机功率密度的提高，活塞的服役工况温度将会有所增加，??传统活塞铝合金材料的高温力学性能，尤其是高温疲劳寿命将成为柴油机功率密??度进一步提升的瓶颈，低周疲劳在活塞失效中也占据着重要地位。目前对该合合??金疲劳研宄的内容主要包含三类：一是对疲劳机理的研宄，以期在疲劳学科上有??所突破；二是对新材料抗疲劳性能的研宄，目的是缩短新材料研发周期；三是安??全性评价和寿命预测等，其出发点在于解决实际工程问题。??３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国船用柴油机发展趋势探析[J]. 田海涛. 柴油机设计与制造. 2019(01)
[2]金属材料疲劳性能预测统一模型探索[J]. 张哲峰,刘睿,张振军,田艳中,张鹏. 金属学报. 2018(11)
[3]Structural evolution of Al–8%Si hypoeutectic alloy by ultrasonic processing[J]. J.Y.Wang,B.J.Wang,L.F.Huang. Journal of Materials Science & Technology. 2017(11)
[4]Interfacial Structure and Formation Mechanism of Ultrasonic-assisted Brazed Joint of SiC Ceramics with Al—12Si Filler Metals in Air[J]. Xiaoguang Chen,Ruishan Xie,Zhiwei Lai,Lei Liu,Jiuchun Yan,Guisheng Zou. Journal of Materials Science & Technology. 2017(05)
[5]Molecular Dynamics Simulation of Tensile Deformation and Fracture of γ-TiAl with and without Surface Defects[J]. H.N.Wu,D.S.Xu,H.Wang,R.Yang. Journal of Materials Science & Technology. 2016(10)
[6]铝合金活塞材料的研发与应用进展[J]. 陈琪云. 合肥学院学报(自然科学版). 2012(03)
[7]内燃机发展史及未来趋势[J]. 赵静. 中国高新技术企业. 2012(17)
[8]新型柴油发动机特性探析[J]. 吴广艳,韩鹏. 机电信息. 2011(21)
[9]Al-Si-Cu-Mg（-Er）铸造铝合金的低周疲劳行为[J]. 车欣,徐志军,陈立佳,徐海健,李锋. 铸造. 2011(01)
[10]船用大功率柴油机产业发展初步分析[J]. 侯勤春. 船舶工程. 2008(03)
本文编号：3605854
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/gckjbs/3605854.html
