柴油机活塞材料的选择理念.pdf

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1、国外内燃机2014年第1期材料工艺柴油机活塞材料的选择理念【德】A．BabergM．FreidhagerH．MerglerK．Schmidt摘要：FederalMogul公司针对升功率93kW的3．0L高增压柴油机用新型铝活塞的研究表明，铝活塞具有广阔的前景，不过，最高燃烧压力超过22MPa及升功率大于100kW的轿车柴油机必须使用钢活塞，在极其苛刻的条件下，钢活塞的热管理得到高度的关注。介绍了开发铝活塞和钢活塞的不同理念。关键词：柴油机铝活塞钢活塞最高燃烧压力1提高活塞材料的承载能力达到其最佳强度而言，这一冷却速度仍然太慢。在

2、高增压柴油机上，燃烧室凹坑唇口承受极高的热负若要提高轿车柴油机的效率，就势必要提高活荷，因而中等粗细粒度的铸造金相组织有可能成为塞燃烧室的温度，在特定的情况下，常规铝活塞被产生裂纹的诱因。一旦发生上述情况，热力一机械设计到材料强度的极限范围，能承受400℃的高疲劳和高负荷交变频率就会引起更长更深的裂纹温。若超过该温度，燃烧室唇口承受的热量就可能(图1)。导致其产生裂纹。这种效应不仅涉及材料，而且涉及到结构设计。前不久，FederalMogul公司在1台零升功率高达93kW的3．0L高增压全铝柴油机上(铝配装了全新设计的活塞，同时

3、，这种用于轿车和轻晶温度负荷交变：型商用车的活塞新技术可使活塞在温度高达应420℃的应用场合正常运行。全因为铝的应用场合已超出目前可能达到的使用锅范围，因此，更高的燃烧压力和升功率迫使活塞必须界采用钢作为材料。当负荷极高的轿车柴油机应用钢aM3×10’=(20~25)×10。活塞时，与铝活塞相同，在热管理方面必须给予更多图1温度交变后微观塑性变形引起的热力一机械疲劳的关注，特别是对于冷却油道的形状和位置，必要时仍须采用尽可能大的冷却油道、不同的活塞顶钢材基于上述损坏机理，FederalMogul公司开发了料与裙部及保护涂层组合，

4、以避免过高的活塞温度，一种新工艺，它能改变燃烧室凹坑唇口敏感区域内否则有可能导致产生氧化皮、热裂纹或过高的机油的合金金相组织。这种工艺过程被称为“Dura—负荷(热裂解)。bowl”，特别注重在燃烧室凹坑唇口360。圆周范围内，通过局部再熔化提高材料强度所获得的效果。2高功率柴油机的铝活塞精确控制熔化过程的输入能量，以形成具有规定深通常，高升功率、高增压的轿车柴油机要进行铝度并精确限定的铝熔化区域。当对燃烧室凹坑唇口活塞验证试验，由于活塞燃烧室凹坑部位的热负荷整个圆周实施这种工艺时，局部熔融的金属因其质和机械负荷极高，以致于发动

5、机开发商最终放弃采量很小而凝固得极快。同时，在被熔融区域的金相用轻型结构材料。最典型的是燃烧室凹坑唇口，裂组织中形成很多细小的晶粒(图2)。广泛的试验表纹最易从那里开始形成，故必须首先强化这一区域明，~Dtd,的晶粒形成裂纹的倾向明显较小(图3)。在承受高负荷的材料。此外，在材料方面寻找解决方铸造状态下，与常规活塞燃烧室凹坑唇口直接进行案，尽管此时已对铸造工艺进行了一系列优化，诸比较，相同的试验条件下，4组Durabowl一活塞都能如在铸造型腔中加速冷却，达到对材料金相组织提长期运转而不产生裂纹。因此，这种工艺技术已成出的质量要

6、求等，但对于燃烧室凹坑唇口部位材料为优化高功率柴油机铝活塞可靠而又实用的方法。