Utmattning av material för motorer-TMF och TMF/HCF samverkan
- Diarienummer
- SM12-0014
- Start- och slutdatum
- 130401-160401
- Beviljat belopp
- 965 382 kr
- Förvaltande organisation
- Scania CV
- Forskningsområde
- Materialvetenskap och materialteknologier
Summary
Det pågående arbetet med att öka effektiviteten och minska utsläppen från förbränningsmotorer leder till ökade tryck och temperaturer i motorrummet och därmed till nya krav på de använda materialen. Termomekanisk utmattning (TMF) av motorkomponenter uppstår på grund av temperaturgradienter från uppvärmningen och avkylningen av motorn från dess start- och stoppcykler. Samtidigt utsätts motorkomponenterna för högcykelutmattning (HCF) från förbränningstrycket och från väginducerade vibrationer. Detta är en komplex belastningssituation med flera olika skademekanismer och eftersom både TMF- och HCF-belastningen kommer att öka är det viktigt att undersöka begränsningarna både hos dagens material och föreslagna kommande motormaterial. I detta projekt kommer livslängden vid ren TMF-belastning att jämföras med livslängden då en överlagrad HCF-belastning adderas till TMF-lasten på nya gjutjärn av kompaktgrafitjärn (CGI) och lamellär grafit (LGI) för kommande högpresterande dieselmotorer. Mål: En experimentell metod för bestämning av livslängder för material utsatta för både TMF och kombinerad TMF/HCF-belastning är utvecklad. Den relativa betydelsen av de olika skademekanismerna för CGI och LGI är bestämd Empiriska modeller för livslängdsuppskattning har föreslagits
Populärvetenskaplig beskrivning
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.