針對某船用柴油機(jī)活塞銷孔開裂問題,對活塞進(jìn)行失效分析,確認(rèn)開裂的原因?yàn)殇N座結(jié)構(gòu)和銷孔設(shè)計(jì)不合理,通過有限元分析匹配不同銷孔形線的銷座結(jié)構(gòu)對銷孔接觸壓力和疲勞系數(shù)的影響,根據(jù)仿真結(jié)果確定優(yōu)化方案,經(jīng)650 h耐久試驗(yàn),優(yōu)化后的活塞銷孔未出現(xiàn)開裂。研究表明,活塞銷座階梯形結(jié)構(gòu)配合銷孔雙側(cè)二次曲線異形結(jié)構(gòu)可以改善銷孔接觸壓力分布,使銷孔承載面應(yīng)力均勻進(jìn)而降低銷孔開裂風(fēng)險(xiǎn)。

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圖1第4缸活塞銷孔位置開裂

表1發(fā)動(dòng)機(jī)主要技術(shù)參數(shù)缸徑/mm行程/mm升功率/(kW·L-1)額定功率/kW額定轉(zhuǎn)速/(r·min-1)最大扭矩/(N·m)最大扭矩轉(zhuǎn)速/(r·min-1)設(shè)計(jì)爆發(fā)壓力/MPa19030017.489010009900800172活塞失效原....

圖2活塞裂紋形貌

活塞銷孔開裂形式主要有兩種:一種是疲勞開裂,雖然銷孔承受的應(yīng)力低于材料的屈服點(diǎn),但在交變應(yīng)力作用下,經(jīng)過長時(shí)間的工作而產(chǎn)生裂紋導(dǎo)致銷孔開裂;另一種是應(yīng)力開裂,銷座和銷孔設(shè)計(jì)不合理或者工藝存在缺陷造成銷孔處受力不均勻產(chǎn)生應(yīng)力集中而發(fā)生開裂[9]。將失效活塞沿裂紋延伸面打開,如圖2所....

圖3失效活塞金相組織檢測結(jié)果

利用電子顯微鏡確定裂紋源區(qū)域,如圖4所示。由圖4可知,鋁合金纖維組織均勻致密,未見明顯的縮松、氧化物夾雜等鑄造缺陷。圖4活塞裂紋源區(qū)域電鏡分析

圖4活塞裂紋源區(qū)域電鏡分析

圖3失效活塞金相組織檢測結(jié)果經(jīng)檢測分析,失效部位的化學(xué)成分、理化特性都符合活塞材料的設(shè)計(jì)要求,電鏡分析未發(fā)現(xiàn)明顯的鑄造缺陷,計(jì)算活塞銷孔比壓為58.8MPa,小于活塞銷孔許可承載能力60MPa,需從其他方面分析銷孔開裂原因。

本文編號：3943340