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1、第43卷第5期小型內(nèi)燃機(jī)與車輛技術(shù)Vol.43No.5２０14年10月SMALLINTERNALCOMBUSTIONENGINEANDVEHICLETECHNIQUEOct.2014增壓發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管開(kāi)裂原因分析*11111111，2李啟鵬胡蓉蓉王勇李東利宋志輝袁爽沈源王瑞平（1-寧波吉利羅佑發(fā)動(dòng)機(jī)零部件有限公司浙江寧波3150002-浙江吉利羅佑發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司）摘要：研究了某款渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)發(fā)過(guò)程中出現(xiàn)的排氣歧管開(kāi)裂問(wèn)題。通過(guò)質(zhì)量檢測(cè)、CAE分析、推理演繹的方法找出排氣歧管開(kāi)裂的原因，并針對(duì)原因給出整改措施，最后通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)
2、行驗(yàn)證。為以后出現(xiàn)類似的問(wèn)題提供了解決思路。關(guān)鍵詞：排氣歧管開(kāi)裂熱疲勞+中圖分類號(hào)：TK412.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：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]通常屬于高應(yīng)力低周疲勞。引言1排氣歧管開(kāi)裂原因分析隨著汽油發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，作為發(fā)動(dòng)機(jī)上的關(guān)鍵零部件，排氣歧管的使用環(huán)境也越來(lái)
5、越惡在某款增壓發(fā)動(dòng)機(jī)中，采用的是高鎳球鐵鑄造劣。早期的發(fā)動(dòng)機(jī)，燃燒效率低，最高排氣溫度低于的排氣歧管。這種材料在目前增壓發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管500℃，但隨著排放要求的不斷提高和渦輪增壓器技的鑄造上比較常用，使用溫度能達(dá)到950℃。術(shù)的應(yīng)用，發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣的溫度往往大于900℃，有的如圖1所示，在對(duì)完成冷熱沖擊試驗(yàn)的發(fā)動(dòng)機(jī)甚至達(dá)到了1000℃。進(jìn)行拆解后發(fā)現(xiàn)，在排氣歧管上出現(xiàn)了三處裂紋，其隨著使用環(huán)境的惡化，排氣歧管的失效也屢見(jiàn)中兩處裂紋是貫穿性裂紋，出現(xiàn)了漏氣，且多次試驗(yàn)不鮮，常見(jiàn)的失效模式是熱應(yīng)力疲勞和高溫氧化腐均在相同部位出現(xiàn)，存在
6、嚴(yán)重的安全隱患。蝕。其中熱應(yīng)力疲勞是由于排氣歧管因在高溫?zé)崤蛭覀兪紫葘?duì)失效樣件的裂紋位置進(jìn)行取樣，在脹而產(chǎn)生壓力場(chǎng)的作用下產(chǎn)生塑性變形，而在低負(fù)顯微鏡下觀察其裂紋結(jié)構(gòu)，如圖2所示。可以看到斷荷時(shí)因溫度降低導(dǎo)致局部形成較高的拉應(yīng)力。這種口表面氧化非常嚴(yán)重，初步判斷該裂紋屬于熱疲勞熱應(yīng)力場(chǎng)的周期性變化構(gòu)成了熱疲勞應(yīng)力，其開(kāi)裂裂紋，并且開(kāi)裂起始于外壁。*基金項(xiàng)目：國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）課題編號(hào)：2012AA111701。作者簡(jiǎn)介：李啟鵬（1988-），男，本科，主要研究方向?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)。38小型內(nèi)燃機(jī)與車輛技術(shù)
7、第43卷圖2排氣歧管裂紋處低倍形貌與高倍形貌圖3排氣歧管裂紋附近金相組織表1化學(xué)成分分析圖1排氣歧管出現(xiàn)裂紋的位置元素CSiMnPS1.1質(zhì)量檢測(cè)實(shí)測(cè)值2.004.810.630.0170.008要求＜2.04.5-5.50.5-1.0＜0.05＜0.02在知道裂紋的實(shí)際情況之后，首先對(duì)失效的樣元素CrNiMgCu件質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)：進(jìn)行壁厚、金相組織和化學(xué)成分檢實(shí)測(cè)值1.9634.830.090.03驗(yàn)。其中實(shí)測(cè)壁厚為4mm~6mm，滿足設(shè)計(jì)要求。要求1.75-2.2534.36＞0.03＜0.5在裂紋附近取樣，并對(duì)其進(jìn)行金相組
8、織檢測(cè)，如圖3所示。發(fā)現(xiàn)其石墨球化率≥90%，石墨尺寸達(dá)7通過(guò)質(zhì)量檢測(cè)可以判斷失效樣件并沒(méi)有質(zhì)量級(jí)，滿足設(shè)計(jì)要求。問(wèn)題。同時(shí)將失效樣件送往第三方檢測(cè)中心，進(jìn)行化1.2CAE分析學(xué)成分檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表1所示，也滿足設(shè)計(jì)要求。隨后對(duì)最新?tīng)顟B(tài)的排氣歧管進(jìn)行溫度場(chǎng)分析和第5期李啟鵬
