某型柴油机复合材料活塞燃烧室裂纹失效分析与工艺改进

刘永强; 张将; 周沛瑜; 俞骏侠; 诸叶斌; 王浩然

doi:10.19471/j.cnki.1673-6397.2026.04.009

内燃机与动力装置 ›› 2026, Vol. 43 ›› Issue (4) : 66 -75. DOI: 10.19471/j.cnki.1673-6397.2026.04.009

某型柴油机复合材料活塞燃烧室裂纹失效分析与工艺改进

刘永强, 张将, 周沛瑜, 俞骏侠, 诸叶斌, 王浩然

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摘要

为解决某柴油机复合材料活塞在单缸考核试验中发生的燃烧室贯穿性开裂故障，采用电镜扫描、能谱分析和金相检验方法系统研究裂纹产生原因，提出工艺优化措施并进行验证。结果表明：裂纹起源于内冷油腔顶部圆弧过渡区的表面微坑或R角应力集中部位；断口呈现沿晶、解理、韧窝的混合脆性断裂特征，扩展区可见疲劳辉纹。能谱分析显示：裂纹源区富集C、O、S、P、Cl等元素，且内冷油腔表面存在沿晶界腐蚀缺陷，证实微坑源于盐芯成型阶段的接痕遗传，腐蚀介质为磷化液残留。机理分析表明：挤压铸造活塞毛坯中间与边缘壁厚差异较大，热处理时内冷油腔因激冷产生热应力，微坑处应力集中诱发微裂纹，并在随后的热-机耦合载荷下沿最薄弱方向扩展为贯穿裂纹。据此提出3项改进措施：优化盐芯成型工艺，在平顶毛坯顶部增加ω型结构，调整制造工艺流程为先热处理后清理油腔。对100件优化后活塞的超声波检测表明：全部活塞试件的缺陷当量均未超过规定阈值，合格率为100%,该组合优化方案可有效抑制微裂纹萌生，提高活塞可靠性。