Fatigue of engine materials – TMF and TMF/HCF interactions
- Reference number
- SM12-0014
- Start and end dates
- 130401-160401
- Amount granted
- 965 382 SEK
- Administrative organization
- Scania CV
- Research area
- Materials Science and Technology
Summary
The continued efforts to improve the efficiency, power density and to reduce the emissions from the engines result in an increase of the combustion pressure and also the combustion temperature and as a consequence a need for a further development of the used materials. The thermo mechanical fatigue (TMF) loading in an engine component arise due to temperature gradients from the start-stop cycles, eventually leading to thermo mechanical fatigue. Simultaneously, high cycle fatigue (HCF) loading origins from the cyclic combustion pressure and from road induced vibrations. This is a complex loading case with several different damage mechanisms and since both the TMF- and the HCF-loading will increase it is important to find the limits of both the materials currently used and suggested up-coming engine materials. In this project the TMF life will be investigated and compared to the fatigue life when a HCF-loading is superimposed on the TMF-loading of new cast irons of compacted graphite (CGI) and lamellar graphite (LGI) suggested to be used in coming high performance diesel engines. The following project aims are identified: •"A new experimental method for fatigue life assessment of materials subjected to TMF and combined TMF/HCF loading is developed. •"The relative importance of the different damage mechanisms to CGI and LGI are evaluated. •"Empirical models for life prediction of LGI/CGI will be suggested.
Popular science description
Utvecklingen av förbränningsmotorer drivs dels av miljökrav och dels av krav på låg bränsleförbrukning och dessa krav leder till att både trycket och temperaturen i förbränningsrummet kommer att öka. Detta leder till en ökad belastning på materialet i motorkomponenterna. Belastningen kan delas in i två huvudgrupper, dels en lågfrekvent termomekanisk belastning som uppstår på grund av temperaturvariationer från uppvärmningen och avkylningen i samband med motorns start-och stoppcykler och dels en högfrekvent belastning från själva förbränningen och från väginducerade vibrationer. Tillsammans leder dessa belastningsmoder till ett mycket komplext belastningsfall med många olika skademekanismer och samverkande effekter kan avsevärt förkorta komponentens livslängd jämfört med uppskattningar baserade på endast en av belastningstyperna. Eftersom både den lågfrekventa och den högfrekventa lasten kommer att öka är det viktigt att undersöka befintliga och kommande motormaterials begränsningar i detta avseende. I detta projekt kommer en experimentell metod för att undersöka samverkanseffekten av de nämnda belastningarna att utvecklas och metoden ska tillämpas på legeringar av gråjärn och kompaktgrafitjärn avsedda för cylinderhuvuden. Därefter ska empiriska modeller för livslängden tas fram och den relativa effekten av de olika skademekanismerna bestämmas. När detta är känt kan kostnadseffektiva metoder för att förlänga livslängden på aktuella komponenter föreslås.