分会场

设计制造润滑与可靠性

摘要

摘 要:热疲劳作为内燃机活塞最主要的失效形式之一，严重制约着内燃机技术的发展和性能提升。目前，主要依赖整机冷热冲击台架试验对活塞热疲劳性能进行评价，但是这种测试方法周期长、效率低，难以满足高性能活塞研发对灵活性和高效性的要求。基于此，本人提出一种新的测试方案，以活塞代替内燃机整机作为实验对象，并通过电磁感应及辅助装置实现热载荷的过载控制，继而加速热疲劳破坏的复现。同时，为验证实验方案的可行性，利用所开发的试验台针对一款柴油机铝合金活塞进行热疲劳试验，通过热电偶标定了关键点的温度历程，利用有限元方法分别计算了模拟试验工况和柴油机实际运行工况的活塞温度分布，并利用工业相机采集活塞顶面图像观测裂纹演化过程，采用金相显微镜和扫描电子显微镜表征了活塞主裂纹的宏观和微观形貌，研究铝合金活塞热疲劳开裂机理。结果表明：热疲劳试验加热效率明显提高，且试验工况下活塞的温度、应力分布与柴油机实际运行工况一致；活塞主裂纹主要出现在燃烧室喉口位置，符合热疲劳损伤机理、也与实际工程失效模式吻合；另外，由于铝和硅的材料性质差异，硅颗粒周围存在应力集中，导致主裂纹在微观上总是沿初晶硅边缘扩展。该方法可实现快速高效评价不同材料、不同结构、不同加工成型及强化方式的活塞热疲劳寿命，能够为内燃机活塞热疲劳失效提供良好的判据。

关键词

内燃机；活塞；热疲劳；试验

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