机车柴油机活塞裙铝合金材料的研究（可编辑）

机车柴油机活塞裙铝合金材料的研究（可编辑） 机车柴油机活塞裙铝合金材料的研究 维普资讯 ////0>. 研究开发 文章编号: 机车柴油机活塞裙铝合金材料的研究 谭勇敢 ,彭春华 ,燕纪全.中国南车集团戚墅堰机车车辆工艺研究所,江苏常州 ; .东南大学,江苏 南京摘 要:根据对国内外 塞裙材料检测对比 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 ,指出了美铝 活塞裙材料在成分、组织、 性能等方面的优势对保证活塞安全运行的重要意义,提出了国内 材料性能提高的改进建议 关键词:合金;活塞裙;材料性能;对比试验 中图分类号:. ; . 文献标识码: . ,. ,. ,, , ; . , , :, ,..: ; ; ; 胀系数小、机械强度和疲劳强度均比较优秀的特点,引言 并能避免常见的失效损伤,具有较高的运行可靠性。 因而,对现有的铝合金材料进行研究和分析,是研发 内燃机车柴油机活塞在工作中承受高温、高压 和高速往返运动的摩擦,要求活塞材料具有良好的 高质量大功率柴油机组合活塞的重要工作。 耐磨性和抗腐蚀性,较小的导热系数和热膨胀系数, 组合活塞裙部的铝合金材料 疲劳性能好以及使用寿命长且密度较小等特点?。 近年来,随着铁路内燃机车的不断提速,柴油机功率 运行考核实践表明,钢顶铝裙组合活塞常见的 亦相应提高,钢顶铝裙组合活塞已逐渐成为目前主 失效模式主要有环槽过度磨耗、活塞裙与活塞顶连 导活塞。目前我国机车研发部门正在进行的国际合 接不可靠以及活塞裙疲劳裂损。后二种失效模式均 作项目的机车柴油机,其活塞也拟用钢顶铝裙组合 与铝裙有关。由于燃气燃爆所产生的力是通过铝裙 活塞。 传递的,铝裙在工作中承受着高速、高强度的往返冲 由于铁路“货运重载、客运提速”跨越式发展的 击,因而,用于活塞裙的铝合金材料既要有较高的机 需要,对机车柴油机及其零部件提出了新的高可靠 械强度,又应具备优越的抗疲劳性能。 性、长寿命 确保活塞 万 的运行寿命 等要求。 就目前而言,能满足这种工况要求的铝合金材 组合活塞的裙部材料应具有重量轻、导热性好、热膨 料只有牌号为 的锻造铝合金。这种材料我国 东北某铝厂,西南某铝厂现均能生产。中国南车集 收稿日期:? ? 团戚墅堰机车车辆工艺研究所 下简称戚所 ,在 作者简介:谭勇敢 一 ,男,湖南湘潭人,助理工程师, 年毕 年引进俄罗斯铝业公司的 铝合金 下简称 业于中南大学机电一体化专业,工学学士,现从事活塞制造与研究工 作。 俄铝 , 年引进美国铝业公司 维普资讯 ////. 研究开发 机车车辆工艺 第 期 年 月 循环次数下常温时疲劳强度为 ,时疲 铝合金 下简称美铝 ,以期通过对不同产地材 料的研究,优选出最佳的材料来彻底解决活塞裙材 劳强度, 则只有,不到常温的/ 料性能不足的问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ,从而确保活塞 万 的运行 。当柴油机转速升高时,活塞承受冲击力增量不是 很大,而活塞工作温度的升高而引起的疲劳强度的 寿命。 降低则更为明显。 . 铝裙材质的性能表征 因此,考察研究铝合金活塞裙材料成分、组织、 基于机车柴油机活塞裙工作在~的 环境下,以及其本身所起到的导向、承受顶部冲击等 性能及其高温特性,为活塞的设计和安全运行提供 本身的功能要求,铝裙材质性能表征体现于以下几 依据,是机车柴油机活塞 必需解决的突出问题。 为深入研究铝合金活塞裙材料与性能,戚所与 个方面。 东南大学合作,作了较为系统的检测分析和对比研 化学成分。 铝合金系多元共晶硅铝合 金,化学成分和化学相较为复杂,而现行标准规定的 究,整理介绍如下。 元素含量相对较宽,需要根据熔炼条件 诸如气候、 材料的化学成分分析 熔炼温度和冷却时间等 和变质工艺,进一步优化调 整控制其化学成分配比含量,形成合理的经验指标, 据资料介绍 。 ,合金中 、 、 、 、 以期获得优越的组织和性能 。 等元素含量及其匹配对性能影响显著。 元素在韧脆性。要获得最佳的材料疲劳性能,就 合金中生成 相,虽然具有良好的热强性但 需要在强度和韧性之间做出恰当的平衡,理想的 降低了塑性。虽然 含量一直增加到极限溶解度 活塞裙既能高强度,又有高韧性。 时,合金强度会不断增加,可由于其密度大,向铝液 显微组织构造。活塞裙低倍下组织的纤维 下部偏析,容易形成有很大硬脆性的相, 形状和流向,高倍下组织的细化程度,分布均匀性都 晶粒尺寸变大,极其有害。镁对铝的强化作用非常 明显,每增加 %的镁时,抗拉强度大约升高直接影响铝裙的工作表现。高温性能。 ,一般情况镁不小于 . %较合适。 、 按上疲劳强度。 限控制,以获得 足够的耐热相。此外, . 铝裙材质的质量控制状态 . %~ . %的 也能起到细化晶粒、提高合金 比照国际先进水平,国产铝合金活塞裙材料已 强度和塑性的作用。 不断取得提高。主要表现在对材料的冶炼、挤压、锻 . 材料的化学成分对比 造和热处理工艺进行了的合理优化,基本上能够保 通过对国产的 ,美铝 化学成分的标准 证较合理的强度指标和塑性指标。但性能稳定性和 比较,以及此 种材料化学成分检测结果进行比较, 质量控制项点等方面仍需要加强和探求。 其差异是明显的。国外 化学成分优化及其稳 目前,象 这类铝合金材料的质量标准与钢 定性有明显的优势。对比结果列于表 ,表中的化 铁材料相比,尤显不足。主要表现为: 学成分为 炉次材料成分的平均值。 铝裙显微组织均匀性和初晶硅大小与形状 从表中可以看出,美铝 与国产 相比 的控制没有标准要求。目前活塞设计单位、毛坯制 较,有如下特点: 造单位以及 / ? 内燃机车柴油机用钢 美铝的主合金元素含量相近,确保合金 顶铝裙组合活塞技术要求》对此均无明确要求。但 具有高流动性与低收缩率。 是,材料的这些组织结构特征显然影响材料的性能。美铝的有害元素及杂质 含量的严格控制,如 现在,铝裙毛坯制造单位,如西南某铝厂一般控制初、 含量相当低。相比而言,国产的 和 均 晶硅线性长度小于 .,高倍组织无过烧,低倍 多 ~ . 倍, 多 . ~ 倍。 组织流线走向基本上沿内腔表面,无穿流,涡流。 美铝的有益的强化元素含量较高。与国产活塞裙材料在活塞工作温度下的强度水平。 相比, 多 %以上, 多 %~ %, 多 % 铝合金力学性能受温度的影响很大,在 × 左右。另外,微量元素 多 倍。 维普资讯 ////. 注: 美国 公司技术条件《。 . 。 . 材料中的氢含量 表 表示了国产 与美铝 材料冲击韧 一 般认为,铝合金材料中若氢含量高,则可能引 性值的显著差别。该指标表明裂纹萌生和发展的能 起氢脆。如果 合金中 含量偏高,则会导致氢 耗 。在活塞运行中,冲击韧性值的差别还可能会 近一步扩大。其原因是国产 材料内有大量的 损伤,使铝在锻造时发脆,造成微裂纹,严重降低疲 劳强度。在 冶炼时,美铝 凭其特殊的工 宏观气孔和微观气孔,这是在冶炼搅拌过程中重复 艺措施将 含量控制在极低范围内。抽样检测结 受热和冷却所致。 表 国内外 材料冲击韧性测试 果也证明了这一点,检测结果见表 。 表 活塞裙材料 含量测定 × % . 高温力学性能的测试对比 力学性能检测 取国产和美铝 各 件试棒在一定的温度 下保温 拉断,检测结果的平均值见表 。 . 室温力学性能的评定对比 表 国内外 高温性能测试 根据对 炉次的 铝裙毛坯随炉试棒及实 物取样试棒进行机械性能 抗拉强度,延伸率 的检测结果,见表 。 表 机械性能统计值对比 从表 可见,美铝 的高温强度和高温韧性 高均优于国产 。 金相组织对比 由表 可知,与国产材料相比,美铝 抗拉? 合金的机械性能主要取决于硅粒 子的形 强度均值要高出 ? 个单位,同时其塑性指标?? 状与分布形态,而 含量多少的影响则较小。不论 延伸率亦提高 . 个单位,强度和韧性都高于国产 是共晶体的 ,还是初生的 晶体,若细而圆,且分 材料,综合性能较优越。更为重要的是,美铝 布均匀,则合金既有高的塑性,又有相当高的强度。 较国产 而言,抗拉强度离散度降低 ? %,同 合金中的 晶体成针状时,则其塑性、冲击韧性以 时延伸率离散度降低 . %,具有极佳的材料性能 及疲劳强度将大大下降。 稳定性。铝合金组织为: ? 基体上主要分布着 通过随机对单件铝裙毛坯的硬度检查得相,以及弥散分布的金属问化合物。 有关文献明 知,美铝 铝裙硬度离散度很小~ 单 确指出 ,大尺寸颗粒 相是在铸锭成型过程中 位 ,这表明材料各部位的组织是均匀的,这对保证 在液相中形成的,而细小颗粒 则是在随后的 运行中的强度甚为重要 。而国产 铝裙硬度 差达 %~ 单位 ,即整个组织的均匀性较 热处理时效过程中析出的,因此 等析出相弥 差。 散程度及分布均匀与否直接决定着合金韧性高低,