增压发动机排气歧管开裂原因分析.pdf

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1、第43卷第5期小型内燃机与车辆技术Vol.43No.5２０14年10月SMALLINTERNALCOMBUSTIONENGINEANDVEHICLETECHNIQUEOct.2014增压发动机排气歧管开裂原因分析*11111111，2李启鹏胡蓉蓉王勇李东利宋志辉袁爽沈源王瑞平（1-宁波吉利罗佑发动机零部件有限公司浙江宁波3150002-浙江吉利罗佑发动机有限公司）摘要：研究了某款涡轮增压发动机开发过程中出现的排气歧管开裂问题。通过质量检测、CAE分析、推理演绎的方法找出排气歧管开裂的原因，并针对原因给出整改措施，最后通过试验进

2、行验证。为以后出现类似的问题提供了解决思路。关键词：排气歧管开裂热疲劳+中图分类号：TK412.4文献标识码：A文章编号：2095-8234（2014）05-0037-05AnalysisofTCEngineExhaustManifoldCracking11111LiQipeng，HuRongrong，WangYong，LiDongli，SongZhihui，111，2YuanShuang，ShenYuan，WangRuiping1-NingboGeelyRoyalEngineComponentsCo.，Ltd.（Ningbo

3、，Zhejiang，315000，China）2-ZhejiangGeelyRoyalEngineCo.Ltd.Abstract：Inthisstudy，weinvestigatedthereasonswhyexhaustmanifoldofaTCenginecrackedinthedurabilitytest.Wefiguredoutthecoursesbyqualityinspection，CAEcalculation，deductingandreasoning.Afterthat，weoptimizedtheexhaus

4、tmanifold'sstructuresaimedatthecausesandprovedoursthoughtsbydurabilitytesting.Thisstudyistosuggestanideaaboutsolvingthesimilarproblemsfordesignengineers.Keywords：Exhaustmanifold，Crack，Thermalfatigue[1]通常属于高应力低周疲劳。引言1排气歧管开裂原因分析随着汽油发动机技术的飞速发展，作为发动机上的关键零部件，排气歧管的使用环境也越来

5、越恶在某款增压发动机中，采用的是高镍球铁铸造劣。早期的发动机，燃烧效率低，最高排气温度低于的排气歧管。这种材料在目前增压发动机排气歧管500℃，但随着排放要求的不断提高和涡轮增压器技的铸造上比较常用，使用温度能达到950℃。术的应用，发动机废气的温度往往大于900℃，有的如图1所示，在对完成冷热冲击试验的发动机甚至达到了1000℃。进行拆解后发现，在排气歧管上出现了三处裂纹，其随着使用环境的恶化，排气歧管的失效也屡见中两处裂纹是贯穿性裂纹，出现了漏气，且多次试验不鲜，常见的失效模式是热应力疲劳和高温氧化腐均在相同部位出现，存在

6、严重的安全隐患。蚀。其中热应力疲劳是由于排气歧管因在高温热膨我们首先对失效样件的裂纹位置进行取样，在胀而产生压力场的作用下产生塑性变形，而在低负显微镜下观察其裂纹结构，如图2所示。可以看到断荷时因温度降低导致局部形成较高的拉应力。这种口表面氧化非常严重，初步判断该裂纹属于热疲劳热应力场的周期性变化构成了热疲劳应力，其开裂裂纹，并且开裂起始于外壁。*基金项目：国家高技术研究发展计划（863计划）课题编号：2012AA111701。作者简介：李启鹏（1988-），男，本科，主要研究方向为发动机排气系统设计。38小型内燃机与车辆技术

7、第43卷图2排气歧管裂纹处低倍形貌与高倍形貌图3排气歧管裂纹附近金相组织表1化学成分分析图1排气歧管出现裂纹的位置元素CSiMnPS1.1质量检测实测值2.004.810.630.0170.008要求＜2.04.5-5.50.5-1.0＜0.05＜0.02在知道裂纹的实际情况之后，首先对失效的样元素CrNiMgCu件质量进行检验：进行壁厚、金相组织和化学成分检实测值1.9634.830.090.03验。其中实测壁厚为4mm~6mm，满足设计要求。要求1.75-2.2534.36＞0.03＜0.5在裂纹附近取样，并对其进行金相组

8、织检测，如图3所示。发现其石墨球化率≥90%，石墨尺寸达7通过质量检测可以判断失效样件并没有质量级，满足设计要求。问题。同时将失效样件送往第三方检测中心，进行化1.2CAE分析学成分检测，检测结果如表1所示，也满足设计要求。随后对最新状态的排气歧管进行温度场分析和第5期李启鹏