石墨連通性對(duì)蠕墨鑄鐵導(dǎo)熱性能影響的數(shù)值模擬

段洪波,朱永國(guó)，馬志軍，顏君衡，李全平

(1.西安工業(yè)大學(xué) 材料與化工學(xué)院，西安 710021；2.山東大柴缸體缸蓋股份有限公司，萊陽(yáng) 265200；3.山東曲阜金皇活塞股份有限公司，曲阜 273100；4.北方通用動(dòng)力集團(tuán)有限公司，大同 037036)

缸蓋是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵零部件，是一種典型的復(fù)雜薄壁結(jié)構(gòu)，服役時(shí)要承受周期性的高溫及機(jī)械載荷，隨著柴油發(fā)動(dòng)機(jī)功率密度的不斷提高，缸蓋服役條件下承受的載荷和溫度條件也越來(lái)越苛刻。相較于鋁制發(fā)動(dòng)機(jī)，鑄鐵制柴油發(fā)動(dòng)機(jī)體積緊湊且體積小，耐蝕性好，摩擦性能優(yōu)異[1-4]，而蠕墨鑄鐵相較于灰鑄鐵具有更優(yōu)異的力學(xué)和物理性能搭配，逐漸成為高功率密度柴油發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋材料的首選[1]。為提高蠕鐵服役條件下的使用壽命，除了要繼續(xù)提升蠕墨鑄鐵機(jī)械性能外，對(duì)其導(dǎo)熱性能的改善和優(yōu)化也成為材料學(xué)者關(guān)注的焦點(diǎn)[5-7]，并逐漸成為制約高功率密度柴油發(fā)動(dòng)機(jī)升功率繼續(xù)提升的瓶頸和關(guān)鍵性技術(shù)。

石墨在鑄鐵組織中導(dǎo)熱性能最好，石墨基面的導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá)400～2 000 W·m-1·K-1 [8-9]，鑄鐵中石墨的分布和形態(tài)對(duì)鑄鐵的導(dǎo)熱性能起決定性作用，這被多數(shù)的材料研究人員認(rèn)可[10-11]。比如，具有片狀石墨形態(tài)的灰口鑄鐵具有最好的導(dǎo)熱性能，蠕蟲(chóng)狀石墨結(jié)構(gòu)的蠕墨鑄鐵次之，而球墨鑄鐵的導(dǎo)熱性能最差[5-7]?；铱阼T鐵和蠕鐵的導(dǎo)熱性能明顯優(yōu)于球墨鑄鐵，除了石墨的二維形態(tài)上有明顯差異之外，三維結(jié)構(gòu)形貌上的連通性也被認(rèn)為是重要原因[12-13]。對(duì)石墨三維空間結(jié)構(gòu)的表征，相較于石墨的二維形貌表征，能夠更全面地評(píng)價(jià)石墨的結(jié)構(gòu)特征[14-18]，從石墨的三維空間結(jié)構(gòu)特征角度評(píng)估其對(duì)鑄鐵性能的影響更具理論意義?！?br>