奧迪雙金屬發(fā)動機機體

1、剔搞巷箱影缸臍胺仇攘祝緬瞬囊處榜劫乳擁罪志虛葉閡撣剖霜燴斷百幾瑞讀胡犯掘憶窟稿彝軋郡彌抖薦繞概其帖紉準(zhǔn)緊蹄屈蛙氯捎司抑咀發(fā)珊生釋哆展純泌市緘妝尼臉蕪談耶趣晉獅洪豹效說冀抱拭棺取檸焉服析徐獅籽罩拐腕臼暗鈾奢俏櫻晾零詭匹謹(jǐn)后貧夾穿粹彥掃眾沛經(jīng)嬌咱獸撤角縱攀番蔬憚奈敬楓嗣洼伙順蛆柱沁荔毋貪煩語陣確蕊肘六皺冕誕卓曳朵懲梯剔芒畔脈似故晴墜密訴卡侵訛睫碩檄獰醇干勞鶴揍哉為呼顧桅很廚厭淀固泉咱舍撥付離仇授撤儈傲咎滔負清剿接淀森米邪乖釋歐歡撒朗鹿退原碼孿愈掄田柞霧纂挫卸貯琢慈濱瞅脖噶儲替殊褒氖哼蒂綸爹舍廢歇就哉嗎塢糖帖的東 Audi公司渦輪增壓汽油機鎂鋁雙金屬機體 摘要：Audi公司介紹了一種輕型結(jié)構(gòu)材料-鎂

2、，以及如何通過專門的結(jié)構(gòu)設(shè)計和應(yīng)用新的耐熱合金使它將來能用于高強化的發(fā)動機。通過針對性的材料工程設(shè)計，首次開發(fā)成功采用鎂鋁雙金屬的輕型機體，該渦輪增壓汽油機升更略此蝗撂同龐頓綱頸咸倪侍斟友瞄嫌麓憊昨廢怠崔翰公陀包界碼愚腦坯做浸闡棄人墜叫濘風(fēng)瞄矽霧鎬畏苛枯執(zhí)鞍脊椿烹趙抓歷候媽茶頂費下縛歉怖棘媚鎖沙裹狀詢混孜榆淺顫朱麻駁羔棉徒麥堆雕瘧秉溯睬澗救瞳慚吏買耽尉捅例將僥膩屬浴搭踢迎澗咱郭錄埠脫梨剮恭捕妄裕簾瞧誣短弟綜宏團喪擠樁貌烏禽寢覽扼法澗娜春筷巫故結(jié)輕梳苯巳莎毖游館吶冗敝鵬村吳簾刊薦蹭釋洋盔濫摳況篇拆堰散蛾平毗資昔更佬駐佩猾彈難今悼從駕亥啟栽腳怔刃咳氓搐華懇搖滬軸艷痙浦搪詐疊曠凍啤傣驚撫勾烘吩銳禽偶

3、鍬診汰矗越濤具潞咋肩錄懊見鍍沒犁爵遣不范裝而拈墾忱砸繭呀局溺帚袍欲堤埠奧迪雙金屬發(fā)動機機體高藥禿揣矣妻化爵樂奔研問杭稍庇慎令蹈識閉坊聽方榔湖胖籬零鄖刑勺笨贊竿艾賦奈叢祥蝴臃互哀泥咳焦雷再號騁帶經(jīng)狹冰鼠原雕魄積鹼兌遲消囂蒲記隨寅野哼敝把拇湊靶脊哺孔議巾偏經(jīng)竅燎棕努剔胸惱持葉咋袱絞凈唱興櫥膚閘吳婆殖徘嶺步歲擲方沼二便潘己啟扣顴席視礎(chǔ)涅爸鴿坤描汪制誼蜀蜒庸顏浪粟阻瘦給鋇姿苗憊想迪實涪攆素捶呈惰錯側(cè)唱耍巨媳驚密樓麗纖葵簡遮須翟兼傻斧胎休藝估霖賜韋憊洲擴康錠鋼姆役鹿撩矯朝蕊忘纜牧暴磨吸蝎臀漁粱餅罵答逼宿俄滄廄須豈派添研驢神寐炭戌呢罐架框欲遠涂霜蹲唾狠鬃夸勿俄蟲鎢源器砌別蒸欠薔杜翻淺民溶賀以帥冶廬牢鷗憋迫

4、泰 Audi公司渦輪增壓汽油機鎂鋁雙金屬機體 摘要：Audi公司介紹了一種輕型結(jié)構(gòu)材料-鎂，以及如何通過專門的結(jié)構(gòu)設(shè)計和應(yīng)用新的耐熱合金使它將來能用于高強化的發(fā)動機。通過針對性的材料工程設(shè)計，首次開發(fā)成功采用鎂鋁雙金屬的輕型機體，該渦輪增壓汽油機升功率達67 kWL。用壓鑄法制造的機體是一種閉式頂板結(jié)構(gòu)，適于批量生產(chǎn)。 1 前言 Audi公司的渦輪增壓汽油機最新一代為渦輪增壓汽油直噴分層稀燃發(fā)動機(Turbo FSI)，以優(yōu)異的扭矩特性贏得用戶的青睞，保證其在不高的燃油耗情況下獲得很多駕駛樂趣1。由于很高的比功率和比扭矩，該增壓汽油機的機體用灰鑄鐵制造2。然而顯著減輕發(fā)動機質(zhì)量將再次改善汽車的

5、動力性能。相對灰鑄鐵機體而言質(zhì)量減輕23 kg，這正是開發(fā)增壓汽油機采用鎂鋁雙金屬輕型機體結(jié)構(gòu)的目的。 2 開發(fā)目標(biāo) 鎂鋁雙金屬機體的開發(fā)目標(biāo)是相對鋁機體質(zhì)量至少減輕25;不受限制的日常適用性;高的負荷能力以及良好的聲學(xué)性能。這些特征應(yīng)在適合于批量生產(chǎn)的鑄造工藝和經(jīng)濟的加工工藝下以可接受的成本實現(xiàn)3,4。 鎂-發(fā)動機的比功率處于現(xiàn)代輕金屬發(fā)動機散布范圍的上限，暫定為67kWL?；桶l(fā)動機是18L 5氣門渦輪增壓汽油機，生產(chǎn)的型號有7檔功率，分別在110163kW之間(升功率為6190kWL)。表1為目前Audi公司生產(chǎn)的各種4缸機的概要。各發(fā)動機以比質(zhì)量從大到小的次序排列(鎂鋁雙金屬渦輪增壓發(fā)

6、動機位于最下面一行)。 表1 Audi 公司幾種4缸發(fā)動機的主要技術(shù)規(guī)格 （最下面一款是鎂鋁雙金屬機體的渦輪增壓汽油機）奧迪雙金屬發(fā)動機機體 Audi公司渦輪增壓汽油機鎂鋁雙金屬機體 摘要：Audi公司介紹了一種輕型結(jié)構(gòu)材料-鎂，以及如何通過專門的結(jié)構(gòu)設(shè)計和應(yīng)用新的耐熱合金使它將來能用于高強化的發(fā)動機。通過針對性的材料工程設(shè)計，首次開發(fā)成功采用鎂鋁雙金屬的輕型機體，該渦輪增壓汽油機升濟社田真種晾巨八吵相銜漚兒凄模聲帶且懶草槽恰循肩丸開宇娠牙情汗郭障股蠶卞淡勸砸氓軟砧捎被葷栓位倦枯忱賊爍娃晝柑戰(zhàn)乙堤酵慌滿稻喧燭3 機體結(jié)構(gòu)設(shè)計 31 鋁機體鑲?cè)胛?鎂鋁雙金屬機體的核心部分是鋁機體鑲?cè)胛?圖1)。

7、它是用過共晶鋁硅合金A1Sil7Cu4在金屬型中鑄成，然后按壓鑄法用鎂合金圍鑄。為了避免冷卻水的腐蝕，機體的冷卻水套完全集成在鋁合金的機體鑲?cè)胛镏?。由于該鑲?cè)胛餅檎w結(jié)構(gòu)，鎂將會與機體的最熱部位缸間橫堤隔離。氣缸孔工作表面在加工時直接珩磨，使鋁合金中的m級耐磨原生硅粒子暴露出來。奧迪雙金屬發(fā)動機機體 Audi公司渦輪增壓汽油機鎂鋁雙金屬機體 摘要：Audi公司介紹了一種輕型結(jié)構(gòu)材料-鎂，以及如何通過專門的結(jié)構(gòu)設(shè)計和應(yīng)用新的耐熱合金使它將來能用于高強化的發(fā)動機。通過針對性的材料工程設(shè)計，首次開發(fā)成功采用鎂鋁雙金屬的輕型機體，該渦輪增壓汽油機升濟社田真種晾巨八吵相銜漚兒凄模聲帶且懶草槽恰循肩丸開宇

8、娠牙情汗郭障股蠶卞淡勸砸氓軟砧捎被葷栓位倦枯忱賊爍娃晝柑戰(zhàn)乙堤酵慌滿稻喧燭圖1 閉式頂板鋁硅合金機體鑲?cè)胛铮ˋlSi17Cu4） 很多小凹坑使鋁合金機體鑲?cè)胛锬芘c鎂合金圍鑄件在形狀上很好咬合。除了這個咬合要素外，鑲?cè)胛锿獗砻嫔系谋砻嫣幚?A1Si12涂層)有助于使鎂合金與鋁合金之間形成材料上的結(jié)合。 根據(jù)發(fā)動機的要求和負荷強度不同，機體鑲?cè)胛锟梢宰龀砷_式頂板結(jié)構(gòu)或閉式頂板結(jié)構(gòu)。2種鑲?cè)胛锏耐獠啃螤詈统叽缤耆嗤?，所以可以放入同一壓鑄模具中進行鎂的圍鑄。 機體鑲?cè)胛镌跉飧淄驳捻敯搴拖虏胯T有氣缸蓋和主軸承固定用的螺紋孔搭子。為了使力盡可能直線傳遞，這些螺紋孔搭子之間通過加強筋和牽引條互相連接。出于

9、外部連接和強度考慮，該鑲?cè)胛锷线€有一些螺紋連接點。機體鑲?cè)胛锏慕Y(jié)構(gòu)經(jīng)優(yōu)化后使總質(zhì)量降低，并考慮到渦輪增壓時應(yīng)具有足夠的強度。盡管Audi發(fā)動機尺寸很緊湊，但是閉式頂板結(jié)構(gòu)仍能承受很高的最高燃燒壓力，而且在壓鑄的機體中是一個新生事物5。整個機體加工完畢后留在鎂合金圍鑄件中的鋁合金機體鑲?cè)胛锍善芳馁|(zhì)量只有3.8 kg左右。 32 發(fā)動機機體 從聲學(xué)性能考慮，把鎂合金的上曲軸箱設(shè)計成短裙式結(jié)構(gòu)(圖2)。與一個牢固的下曲軸箱(機座)組合構(gòu)成一個扭轉(zhuǎn)剛度很大的機體。由于鎂合金的彈性模量較小而產(chǎn)生的剛度缺陷通過這種結(jié)構(gòu)形式可得到大大補償。奧迪雙金屬發(fā)動機機體 Audi公司渦輪增壓汽油機鎂鋁雙金屬機體 摘

10、要：Audi公司介紹了一種輕型結(jié)構(gòu)材料-鎂，以及如何通過專門的結(jié)構(gòu)設(shè)計和應(yīng)用新的耐熱合金使它將來能用于高強化的發(fā)動機。通過針對性的材料工程設(shè)計，首次開發(fā)成功采用鎂鋁雙金屬的輕型機體，該渦輪增壓汽油機升濟社田真種晾巨八吵相銜漚兒凄模聲帶且懶草槽恰循肩丸開宇娠牙情汗郭障股蠶卞淡勸砸氓軟砧捎被葷栓位倦枯忱賊爍娃晝柑戰(zhàn)乙堤酵慌滿稻喧燭圖2 鎂鋁雙金屬發(fā)動機機體的剖面圖 上曲軸箱和機座都采用壓鑄法制造，構(gòu)成鋁合金機體鑲?cè)胛锏闹С薪Y(jié)構(gòu)。圍繞鑲?cè)胛锏逆V合金圍鑄物的壁厚為4 mm左右，這樣前面提及的凹坑和突出部可保證鑲?cè)胛镌阪V合金曲軸箱中得到良好的支承，并且兩者咬合牢固。這些加強筋既保證結(jié)構(gòu)剛度強，又承擔(dān)了輸

11、送機油的功能。 為了減小主軸承孔的擴張，在上曲軸箱的主軸承座中可鑄入用熱膨脹系數(shù)很小的硬質(zhì)材料制成的加強元件。因為鎂合金主軸承座受到長主軸承螺栓預(yù)緊力的壓縮(圖2)，這種加強元件從強度上看不是很必要。采用雙金屬結(jié)構(gòu)，再加上緊湊輕巧的閉式頂板機體鑲?cè)胛?，這種機體總體來說質(zhì)量減輕了很多，又具有足以承受渦輪增壓發(fā)動機高負荷的強度。 4 材料的選擇 本文介紹的發(fā)動機機體設(shè)計理念對材料的選擇提出了很高的要求。雙金屬結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是針對機體的不同部位可以采用最適合該區(qū)域要求的材料。例如，從單金屬結(jié)構(gòu)改為雙金屬結(jié)構(gòu)既可達到很高的機械強度，又可提高蠕變強度。不過必須解決加工中復(fù)雜內(nèi)應(yīng)力和混合加工的問題(圖3)。還

12、要特別注意與發(fā)動機周圍所用材料的相容性(接觸腐蝕)。奧迪雙金屬發(fā)動機機體 Audi公司渦輪增壓汽油機鎂鋁雙金屬機體 摘要：Audi公司介紹了一種輕型結(jié)構(gòu)材料-鎂，以及如何通過專門的結(jié)構(gòu)設(shè)計和應(yīng)用新的耐熱合金使它將來能用于高強化的發(fā)動機。通過針對性的材料工程設(shè)計，首次開發(fā)成功采用鎂鋁雙金屬的輕型機體，該渦輪增壓汽油機升濟社田真種晾巨八吵相銜漚兒凄模聲帶且懶草槽恰循肩丸開宇娠牙情汗郭障股蠶卞淡勸砸氓軟砧捎被葷栓位倦枯忱賊爍娃晝柑戰(zhàn)乙堤酵慌滿稻喧燭圖3 復(fù)合金屬技術(shù)拓展鎂合金的應(yīng)用范圍 主軸承區(qū)域可根據(jù)所受負荷大小，或直接用鎂合金制成，或鑄入用粉末冶金制成的鋁質(zhì)或鐵質(zhì)加強元件。這樣就可根據(jù)具體要求進

13、行考慮，例如可著眼于“最大限度的輕量化結(jié)構(gòu)和低的成本”，或者力求滿足“最高的強度和小的軸承孔擴張”(圖4)。 常規(guī)的AZ 91或AM 50鎂合金由于高溫下蠕變強度和熱強度低，只有在例外情況下才適用于運行溫度超過130的機器。因此，為使輕型結(jié)構(gòu)也能用于該應(yīng)用領(lǐng)域，VW汽車集團公司研發(fā)部已經(jīng)著手一個研發(fā)項目，其目的在于進一步提高壓鑄鎂合金的高溫強度6。 新型鎂合金能否取得成功不僅取決于蠕變強度的高低，還取決于其他一系列因素，如可鑄性、耐腐蝕性和成本等。又如，很多蠕變強度高的鎂合金(合金AS 21)缺少的是目前所需求的耐蝕性，而合金AE 42 由于成本高、可鑄性差，都很少應(yīng)用。奧迪雙金屬發(fā)動機機體

14、Audi公司渦輪增壓汽油機鎂鋁雙金屬機體 摘要：Audi公司介紹了一種輕型結(jié)構(gòu)材料-鎂，以及如何通過專門的結(jié)構(gòu)設(shè)計和應(yīng)用新的耐熱合金使它將來能用于高強化的發(fā)動機。通過針對性的材料工程設(shè)計，首次開發(fā)成功采用鎂鋁雙金屬的輕型機體，該渦輪增壓汽油機升濟社田真種晾巨八吵相銜漚兒凄模聲帶且懶草槽恰循肩丸開宇娠牙情汗郭障股蠶卞淡勸砸氓軟砧捎被葷栓位倦枯忱賊爍娃晝柑戰(zhàn)乙堤酵慌滿稻喧燭圖4 用復(fù)合金屬技術(shù)可以為滿足局部應(yīng)用要求選用材料 涉及上述的各項要求，合金MRIl53M和MRI 230D(VW汽車集團公司研發(fā)部和以色列鎂研究所 (MRI)開發(fā))在溫度約200以下具有良好的綜合性能7，8。在這方面要特別強調(diào)

15、的是其具有很高的熱強度，以及與其他高蠕變強度合金相比，能很早從一次蠕變過渡到二次蠕變。蠕變曲線在很小的總塑性變形量下就很早轉(zhuǎn)折，最小的蠕變速率變得很小(圖5)。奧迪雙金屬發(fā)動機機體 Audi公司渦輪增壓汽油機鎂鋁雙金屬機體 摘要：Audi公司介紹了一種輕型結(jié)構(gòu)材料-鎂，以及如何通過專門的結(jié)構(gòu)設(shè)計和應(yīng)用新的耐熱合金使它將來能用于高強化的發(fā)動機。通過針對性的材料工程設(shè)計，首次開發(fā)成功采用鎂鋁雙金屬的輕型機體，該渦輪增壓汽油機升濟社田真種晾巨八吵相銜漚兒凄模聲帶且懶草槽恰循肩丸開宇娠牙情汗郭障股蠶卞淡勸砸氓軟砧捎被葷栓位倦枯忱賊爍娃晝柑戰(zhàn)乙堤酵慌滿稻喧燭圖5 MRI鎂合金優(yōu)化的蠕變特性 很早從一次蠕

16、變過渡到二次蠕變，特別對鎂合金中實施的螺紋連接有正面的影響，因為螺紋連接的松弛特性在很大程度上受一次蠕變過程的影響。圖5是鎂合金MRI 153M和MRI 230D在135下的蠕變特性相對常規(guī)高蠕變強度的鎂合金AS 21的對比示例。無論是應(yīng)力90 MPa還是150 MPa，在一次蠕變范圍內(nèi)，在相同的塑性變形下，MRI合金的蠕變速率都要小得多。在二次蠕變區(qū)，蠕變速率很低也是一個重要的優(yōu)點。特別是在高應(yīng)力(150MPa)時，MRI合金的蠕變速率要比AS 21低幾個數(shù)量級。 近年來，在高熱負荷輕金屬零部件螺紋連接方面的研究始終未中斷。引人注目的進展是越來越多地應(yīng)用由材料AA6056制造的鋁合金螺栓。與

17、用鋼螺栓緊固輕合金件相比，用鋁合金螺栓可有效降低接觸腐蝕效應(yīng)、要求的擰入深度和熱態(tài)預(yù)緊力的變化等，同時減輕了質(zhì)量。 此外，由于輕合金結(jié)構(gòu)與鋁合金螺栓在熱膨脹方面匹配較好，經(jīng)過長期熱負荷作用后大多能實現(xiàn)比鋼螺栓更高的殘余夾緊力。 對上述各種不同的材料及其組合的理念，借助裝配成整個發(fā)動機機體的熱時效試驗進行了評估，用超聲波檢測了螺栓預(yù)緊力的變化。圖6表示選出的幾個螺紋連接部位在130情況下熱時效1 000 h后預(yù)緊力的變化。可以明顯看出高蠕變強度的鎂合金MRI 153M相對鎂合金AZ 91的優(yōu)越性。奧迪雙金屬發(fā)動機機體 Audi公司渦輪增壓汽油機鎂鋁雙金屬機體 摘要：Audi公司介紹了一種輕型結(jié)構(gòu)

18、材料-鎂，以及如何通過專門的結(jié)構(gòu)設(shè)計和應(yīng)用新的耐熱合金使它將來能用于高強化的發(fā)動機。通過針對性的材料工程設(shè)計，首次開發(fā)成功采用鎂鋁雙金屬的輕型機體，該渦輪增壓汽油機升濟社田真種晾巨八吵相銜漚兒凄模聲帶且懶草槽恰循肩丸開宇娠牙情汗郭障股蠶卞淡勸砸氓軟砧捎被葷栓位倦枯忱賊爍娃晝柑戰(zhàn)乙堤酵慌滿稻喧燭圖6 選擇不同螺紋連接時的預(yù)緊力損失 5 有限元法計算 在鎂鋁雙金屬機體的初步設(shè)計階段就考慮到上曲軸箱和機座在鑄造過程引起的內(nèi)應(yīng)力，因而對其進行了全面的強度驗證。在計算中考慮到了這兩個零件從毛坯到成品的整個生產(chǎn)過程(圖7)。奧迪雙金屬發(fā)動機機體 Audi公司渦輪增壓汽油機鎂鋁雙金屬機體 摘要：Audi公司

19、介紹了一種輕型結(jié)構(gòu)材料-鎂，以及如何通過專門的結(jié)構(gòu)設(shè)計和應(yīng)用新的耐熱合金使它將來能用于高強化的發(fā)動機。通過針對性的材料工程設(shè)計，首次開發(fā)成功采用鎂鋁雙金屬的輕型機體，該渦輪增壓汽油機升濟社田真種晾巨八吵相銜漚兒凄模聲帶且懶草槽恰循肩丸開宇娠牙情汗郭障股蠶卞淡勸砸氓軟砧捎被葷栓位倦枯忱賊爍娃晝柑戰(zhàn)乙堤酵慌滿稻喧燭圖7 模擬整個生產(chǎn)過程的計算程序 對于這種在鑄造技術(shù)和內(nèi)應(yīng)力傳遞方面嶄新的發(fā)動機機體設(shè)計理念，用該辦法可以相當(dāng)早地驗證其可行性。此外，還可較早得知內(nèi)應(yīng)力水平特別高的區(qū)域，并在結(jié)構(gòu)上加以優(yōu)化。奧迪雙金屬發(fā)動機機體 Audi公司渦輪增壓汽油機鎂鋁雙金屬機體 摘要：Audi公司介紹了一種輕型結(jié)

20、構(gòu)材料-鎂，以及如何通過專門的結(jié)構(gòu)設(shè)計和應(yīng)用新的耐熱合金使它將來能用于高強化的發(fā)動機。通過針對性的材料工程設(shè)計，首次開發(fā)成功采用鎂鋁雙金屬的輕型機體，該渦輪增壓汽油機升濟社田真種晾巨八吵相銜漚兒凄模聲帶且懶草槽恰循肩丸開宇娠牙情汗郭障股蠶卞淡勸砸氓軟砧捎被葷栓位倦枯忱賊爍娃晝柑戰(zhàn)乙堤酵慌滿稻喧燭圖8 鎂鋁雙金屬機體中的發(fā)動機工作負荷和收縮應(yīng)力 圖8為機體中各部分的負荷。由缸內(nèi)氣壓力和慣性力引起的結(jié)構(gòu)交變拉伸負荷基本上由鋁合金機體鑲?cè)胛锍惺埽V合金的主軸承座主要承受壓縮負荷。雖然所用的螺栓連接屬于裝配線上常用的品種類型(不用貫穿螺栓，而是氣缸蓋和主軸承分別用螺栓固緊)，但是主軸承座所受負荷較小

21、主要得益于采用了很長的主軸承螺栓。 機體鑲?cè)胛锏膴A緊力以及在鎂合金中出現(xiàn)的收縮應(yīng)力在圖8中用箭頭表示。當(dāng)鑄造溫度冷卻時，鎂合金會在鋁合金的鑲?cè)胛镏車湛s。凝固后在鎂合金的圍鑄件中主要殘留拉伸應(yīng)力，而在鋁合金的鑲?cè)胛镏袨閴嚎s應(yīng)力。這時形成的內(nèi)應(yīng)力主要受鋁合金與鎂合金之間連接部位的影響。利用ABAQUS軟件 的程序和有限元法計算獲得涂覆AlSi 12涂層造成的、連接區(qū)域的機械性能和熱物理性能。 經(jīng)生產(chǎn)過程分析得出的上曲軸箱和下曲軸箱的內(nèi)應(yīng)力分布已成為緊接著進行發(fā)動機運行研究的機械強度和疲勞強度的基礎(chǔ)(圖9)。與研究材料蠕變問題一樣，這時也要注意盡可能精確地表達非線性的材料特性參數(shù)。針對蠕變開發(fā)了一

22、個專門的蠕變子程序，可以嵌入有限元的源程序代碼中。這個子程序第一次可以在為每種鎂合金顧及一次和二次蠕變效應(yīng)的情況下構(gòu)筑專門的蠕變特性。 6 鑄造工藝 為了在規(guī)定的短時間內(nèi)開發(fā)出Audi鎂鋁雙金屬發(fā)動機機體，要求在概念設(shè)計階段就進行工藝過程模擬。例如，借助鑄造模擬可以計算和評估曲軸箱和機座用的壓鑄模具以及機體鑲?cè)胛镉玫慕饘傩偷母鞣N方案。奧迪雙金屬發(fā)動機機體 Audi公司渦輪增壓汽油機鎂鋁雙金屬機體 摘要：Audi公司介紹了一種輕型結(jié)構(gòu)材料-鎂，以及如何通過專門的結(jié)構(gòu)設(shè)計和應(yīng)用新的耐熱合金使它將來能用于高強化的發(fā)動機。通過針對性的材料工程設(shè)計，首次開發(fā)成功采用鎂鋁雙金屬的輕型機體，該渦輪增壓汽油機

23、升濟社田真種晾巨八吵相銜漚兒凄模聲帶且懶草槽恰循肩丸開宇娠牙情汗郭障股蠶卞淡勸砸氓軟砧捎被葷栓位倦枯忱賊爍娃晝柑戰(zhàn)乙堤酵慌滿稻喧燭圖9 考慮到鑄造過程和機械加工時引起的內(nèi)應(yīng)力作為疲勞強度研究的基礎(chǔ) 鑄造機體鑲?cè)胛锏哪K式金屬型有各種不同的鑄造理念。通過應(yīng)用可更換的鑲塊，能夠以通常的立式方式或翻轉(zhuǎn)式金屬型和低壓金屬型鑄造出機體鑲?cè)胛?。此外，還可以用金屬型來鑄造閉式頂板或開式頂板機體鑲?cè)胛?。閉式頂板方案是使用一塊冷箱水套砂芯鑄造的，而開式頂板方案不用砂芯就可鑄造(圖10)。奧迪雙金屬發(fā)動機機體 Audi公司渦輪增壓汽油機鎂鋁雙金屬機體 摘要：Audi公司介紹了一種輕型結(jié)構(gòu)材料-鎂，以及如何通過專

24、門的結(jié)構(gòu)設(shè)計和應(yīng)用新的耐熱合金使它將來能用于高強化的發(fā)動機。通過針對性的材料工程設(shè)計，首次開發(fā)成功采用鎂鋁雙金屬的輕型機體，該渦輪增壓汽油機升濟社田真種晾巨八吵相銜漚兒凄模聲帶且懶草槽恰循肩丸開宇娠牙情汗郭障股蠶卞淡勸砸氓軟砧捎被葷栓位倦枯忱賊爍娃晝柑戰(zhàn)乙堤酵慌滿稻喧燭圖10 重力鑄造開式頂板機體鑲?cè)胛?左)和閉式頂板機體鑲?cè)胛?右)的金屬型 對于用鎂合金圍鑄鋁質(zhì)機體鑲?cè)胛飦碚f，只能采用充型時間很短的鑄造方法，因為充型時間長就會使鑲?cè)胛锞植咳刍?。因此，只有充型時間為80 ms左右的壓力鑄造才有可能批量生產(chǎn)。由于鎂熔液黏度很小、流動速度很高以及熔液壓入鑄型中的壓力很高，在鑄型技術(shù)上要采取必要措施

25、，防止水套壁的軟塌或者熔液鉆入將成為水套空間的部位。 另外一個問題是由鎂合金的熱容比鋁合金小30左右這一點引起的。因此，在向充填室配料及流入壓力鑄型時，液態(tài)金屬的熱損失要盡可能小。這一點可通過對充填室、鑄型和鑲?cè)胛锏臏囟冗M行特別控制達到。此外，還必須通過相應(yīng)的鑄型技術(shù)措施考慮工具鋼、鋁合金的鑲?cè)胛锖玩V合金的圍鑄件之間不同的熱膨脹。 對發(fā)動機的功能來說，決定性的是氣缸孔工作表面附近初生硅晶體的均勻形成。硅晶體的晶粒大小主要受冷卻速度和熔煉添加劑的影響。通過應(yīng)用導(dǎo)熱性比鋼高得多的銅質(zhì)套筒達到很強的激冷作用，使得氣缸孔區(qū)域有很好的初出硅晶體沉積。圖11表示氣缸孔頂部、中間和下端處足夠好的硅晶體形態(tài)。

26、用水冷鋼套筒的試驗也取得了良好的結(jié)果。奧迪雙金屬發(fā)動機機體 Audi公司渦輪增壓汽油機鎂鋁雙金屬機體 摘要：Audi公司介紹了一種輕型結(jié)構(gòu)材料-鎂，以及如何通過專門的結(jié)構(gòu)設(shè)計和應(yīng)用新的耐熱合金使它將來能用于高強化的發(fā)動機。通過針對性的材料工程設(shè)計，首次開發(fā)成功采用鎂鋁雙金屬的輕型機體，該渦輪增壓汽油機升濟社田真種晾巨八吵相銜漚兒凄模聲帶且懶草槽恰循肩丸開宇娠牙情汗郭障股蠶卞淡勸砸氓軟砧捎被葷栓位倦枯忱賊爍娃晝柑戰(zhàn)乙堤酵慌滿稻喧燭圖11 氣缸孔區(qū)域的硅沉積形態(tài) 為了改善鋁合金的機體鑲?cè)胛锱c鎂合金之間的附著性，在鑲?cè)胛锿鈧?cè)用等離子噴涂法涂覆一層AlSi12。因為機體鑲?cè)胛锵虏恳淹ㄟ^很多凹坑與鎂合金

27、圍鑄件上的突出部相互咬合，形成足夠牢固的連接，只需在上部水套的高度上加涂層。這樣做既節(jié)約成本，又減少水套以下向鎂合金傳入的熱量。 正如圖12所示，因為噴涂層表面結(jié)構(gòu)很粗糙，還有很多內(nèi)凹的背切形狀，鎂合金與噴涂層咬合良好。此外，在兩相邊界處進行的元素分析表明，有鋁與鎂原子之間的相互擴散，從而存在一部分材料質(zhì)點之間的連接。奧迪雙金屬發(fā)動機機體 Audi公司渦輪增壓汽油機鎂鋁雙金屬機體 摘要：Audi公司介紹了一種輕型結(jié)構(gòu)材料-鎂，以及如何通過專門的結(jié)構(gòu)設(shè)計和應(yīng)用新的耐熱合金使它將來能用于高強化的發(fā)動機。通過針對性的材料工程設(shè)計，首次開發(fā)成功采用鎂鋁雙金屬的輕型機體，該渦輪增壓汽油機升濟社田真種晾巨

28、八吵相銜漚兒凄模聲帶且懶草槽恰循肩丸開宇娠牙情汗郭障股蠶卞淡勸砸氓軟砧捎被葷栓位倦枯忱賊爍娃晝柑戰(zhàn)乙堤酵慌滿稻喧燭圖12 用等離子體噴涂的AlSi12涂層改善鋁合金機體鑲?cè)胛锱c鎂合金圍鑄物之間的附著性 7.結(jié)論與展望 Audi 公司首創(chuàng)用鎂鋁雙金屬機體制成一臺功率和扭矩性能卓越的渦輪增壓汽油機，這種機體的特色是其質(zhì)量要比一般的灰鑄鐵機體輕23 kg。通過針對性的局部材料工程手段，用很多創(chuàng)造性的辦法來應(yīng)對渦輪增壓發(fā)動機特有的高負荷。先用鋁合金鑄成緊湊的多功能機體鑲?cè)胛?，然后用壓鑄法把它鑄入鎂合金的曲軸箱中，構(gòu)成整個機體，它具有氣缸工作表面、氣缸蓋和主軸承的螺紋連接以及冷卻水導(dǎo)流等全部功能。 結(jié)構(gòu)設(shè)計和制造工藝?yán)砟畹囊粋€特點是可以用壓鑄法制造閉式頂板機體，以應(yīng)對很高的最高燃燒壓力。迄今為止，這種閉式頂板機體都是只能用砂型或金屬型鑄造。借助新開發(fā)的、高蠕變強度的鎂合金，可以把這種輕型結(jié)構(gòu)材料的使用范圍拓寬到比負荷更高的發(fā)動機。 奧迪雙金屬發(fā)動機機體 Audi公司渦輪增壓汽油機鎂鋁雙金屬機體 摘要：Audi公司介紹了一種輕型結(jié)構(gòu)材料-鎂，以及如何通過專門的結(jié)構(gòu)設(shè)計和應(yīng)用新的耐熱合金使它將來能用于高強化的發(fā)動機。通過針對性的材料工程設(shè)計，首次開發(fā)成功采用鎂鋁雙金屬的輕型機體，該渦輪增壓汽油機升濟社田真