為探究襯套材料的高溫性能退化對其剛強(qiáng)度產(chǎn)生的影響,從而為襯套失效抑制設(shè)計提供依據(jù),開展了典型錫青銅（QSn7-0.2）與銅鎳合金（CuNi6Sn6）兩種襯套材料在不同溫度下的應(yīng)力-應(yīng)變力學(xué)性能試驗(yàn),并在考慮材料熱衰退特性后對某柴油機(jī)連桿襯套組合結(jié)構(gòu)的徑向變形量、等效應(yīng)力、過盈接觸壓力等剛強(qiáng)度特性進(jìn)行了計算分析。研究結(jié)果表明:兩種材料的彈性模量、規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度及抗拉強(qiáng)度均隨溫度升高而降低;QSn7-0.2在200～250℃時力學(xué)性能急劇衰退,CuNi6Sn6在150～200℃時的熱衰退較明顯,但在數(shù)值上仍高于前者或與其接近。此外,仿真結(jié)果表明:QSn7-0.2襯套的徑向變形量略大于CuNi6Sn6,失圓現(xiàn)象更加嚴(yán)重;QSn7-0.2襯套等效應(yīng)力整體偏小,且當(dāng)溫度達(dá)到300℃時,襯套中過盈接觸壓力峰值處產(chǎn)生了一定程度的塑性變形,導(dǎo)致該區(qū)域過盈接觸壓力減小。若變形持續(xù)發(fā)展,則該襯套較CuNi6Sn6更易產(chǎn)生松脫轉(zhuǎn)動等失效狀況。由此可得,材料熱衰退是導(dǎo)致襯套出現(xiàn)故障的重要原因,且CuNi6Sn6襯套在高溫高載下的力學(xué)性能更為優(yōu)異,更不易產(chǎn)生失效問題。 

【文章來源】：內(nèi)燃機(jī)工程. 2020,41(04)北大核心CSCD

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【部分圖文】：

圖5 兩種材料彈性模量的熱衰退特性對比

在彈性變形后，由于這兩種銅合金均不存在屈服階段，所以要判斷其何時產(chǎn)生塑性變形，需確定材料的規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度，這是衡量材料強(qiáng)度性能的重要指標(biāo)[12]。圖6為兩種材料規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度的熱衰退特性對比。由圖6可知，二者的規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度均隨溫度的升高而下降。其中，CuNi6Sn6變化率較小，約為0.364MPa/℃，在150～200℃時的變化較其他溫度時略微明顯；QSn7-0.2在200～250℃時發(fā)生了極為明顯的熱衰退，規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度降低約116MPa，是前者的6.4倍。此外，當(dāng)溫度不超過200℃時，二者的規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度極為相近；溫度超過200℃后，QSn7-0.2的規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度顯著低于CuNi6Sn6，最多可相差282MPa。綜上，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可推知，在軸承正常工作溫度范圍內(nèi)，即125～165℃，二者強(qiáng)度性能相近；當(dāng)溫度超過200℃后，CuNi6Sn6明顯優(yōu)于QSn7-0.2。1.2.3 抗拉強(qiáng)度的熱衰退特性

判斷材料何時發(fā)生斷裂，需確定其抗拉強(qiáng)度，這也是衡量材料強(qiáng)度性能的指標(biāo)之一。圖7為兩種材料抗拉強(qiáng)度的熱衰退特性對比。由圖7可知，二者的抗拉強(qiáng)度均隨溫度的升高而降低。CuNi6Sn6下降得較為均勻，平均變化率約為0.571MPa/℃，在150～200℃時，變化幅度略有增加。QSn7-0.2在不超過150℃時，變化規(guī)律與CuNi6Sn6極為相近，但在200～250℃時發(fā)生了顯著的熱衰退。綜上，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可推知：當(dāng)軸承處于正常工作溫度時，二者的強(qiáng)度性能相近；一旦溫度超過200℃，QSn7-0.2將會發(fā)生極為明顯的熱衰退，性能大大降低，遠(yuǎn)不如CuNi6Sn6。上述結(jié)論與規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度反映的強(qiáng)度性能結(jié)果基本吻合。2 連桿小頭襯套組合結(jié)構(gòu)的剛強(qiáng)度分析

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
[1]柴油機(jī)連桿襯套磨損試驗(yàn)研究[D]. 董雪飛.中北大學(xué) 2011



本文編號：3507475