پيستون خودرو به دليل كاركرد در شرايط دمايي و بارگذاري متغير، همواره در معرض خستگي مكانيكي و شوك حرارتي قرار دارد. در حين كاركرد موتور، پيستون همواره طي سيكل هاي تراكم، اشتعال و انجام كار و خروج دود، مقادير مختلف تنش را تجربه مي¬كند كه اين امر سبب بروز پديده خستگي پرچرخه در اي قطعه از موتور مي¬گردد. در اين طرح، به توليد نانوكامپوزيت پايه آلومينيوم-سيليسيوم مورد استفاده درپيستون موتور (خودرو) بااستفاده از ريخته¬گري گردابي و باهدف بهبود خواص مكانيكي و خستگي پرداخته شده است. دو نكته حائز اهميت در اين طرح عبارتند از: توزيع يكنواخت ذرات تقويت¬كننده در زمينه آلومينيوم (كيفيت مطلوب ازديدگاه متالورژيكي) و نكته ديگر، بهبود خواص مكانيكي و خستگي با تاكيد برخواص تريبولوژيكي آلياژ آلومينيوم- سيليسيوم (بهبود خواص خستگي). هردو عامل در اين طرح بررسي شده و كيفيت مطلوب از هر دو جهت، تصديق گرديده است. عمر خستگي نانوكامپوزيت‌هاي توليد شده توسط دستگاه خستگي خمش دوراني دو نقطه مورد آزمايش قرارگرفته است كه نتايج، حاكي از افزايش عمر خستگي براي نانوكامپوزيت¬هاي توليد شده مي¬باشد. نوآوري¬هاي اين طرح را مي¬توان به شرح زير بيان داشت: • ساخت نانو كامپوزيت پايه آلومينيوم پيستون با استفاده از نانو ذرات سراميكي سيليس • افزايش سختي و استحكام آلياژ پيستون مورد استفاده در موتور خودرو • بهبود عمر خستگي آلياژ پيستون خودروها به روش ساخت نانوكامپوزيت (اضافه¬كردن نانوذرات سيليس به عنوان ذرات تقويت¬كننده) تقويت زمينه آلياژ پيستون با تشكيل و گسترش فازهاي بين فلزي در زمينه (بهبود خواص تريبولوژيكي)

بر اساس پژوهش¬هاي انجام شده، درصد بسزايي از اتلاف توان موتور به علت سايش ميان قطعات موتور بوده و بيش از نيمي از اين اتلاف در مجموعه پيستون- سيلندر- رينگ و در اثر سايش بين اين اجزا رخ خواهد داد. با توجه به افزايش قيمت نفت، سوخت¬هاي فسيلي و سخت¬گيرانه¬تر شدن ملاحظات زيست محيطي، پژوهش¬هاي زيادي جهت افزايش بازدهي موتور¬هاي احتراق دروني انجام شده است، به همين دليل بررسي پوشش¬هاي مقاوم در برابر سايش به يكي از موضوعات مهم در طراحي اين اجزا تبديل شده است. اولين قدم به منظور بررسي خواص سايشي اين اجزا، دستگاه آزموني است كه تا حد ممكن شرايط واقعي را شبيه¬سازي و آزمون را تحت اين شرايط اجرا كند. دستگاه¬¬هاي آزمون سايش به لحاظ نوع حركت، عدم فراهم آوردن شرايط واقعي كاركرد، عدم استفاده از هندسه واقعي و پارامتر¬ اشتباه، مناسب بررسي خواص سايشي اجزاي مجموعه موتور نيستند، اين دستگاه با قابليت كاركرد در دماي بالا (تا حداكثر 300 درجه سانتيگراد)، نيرو نسبتا بالا و محيط روانكاري (هرگونه روانكار خنثي)، جهت استفاده در اين بخش طراحي و مشكلات مرتبط با ساير دستگاه را حل كرده است. با توجه پيشرفت صنعت، اين دستگاه مي¬توان در بخش¬هاي مختلف شركت¬هاي توليدي از جمله مراكز توليد قطعات موتور، مراكز آموزشي و بخش¬هاي تحقيق و توسعه شركت¬هاي توليدي جهت مشخصه¬يابي پديده سايش، بررسي پوشش¬ها و مواد استفاده شود.

امروزه، مهندسان طراح، اهدافي همچون بهبود عملكرد موتور با بهبود فرايند احتراق را دنبال مي¬كنند. بنابراين، براي رسيدن به چنين اهدافي، دماي كاركرد قطعات به ناچار افزايش مي‌يابد. لذا بايد مواد مورد استفاده در ساخت قطعات موتور خودرو را تقويت نمود. از روش¬هاي استحكام بخشي مواد، عمليات حرارتي قطعات است. يكي از مواد پركاربرد در قطعات خودرو و موتور (بخصوص پيستون)، آلياژهاي آلومينيوم- سيليسيوم هستند. معمولا اين گونه قطعات، تحت بارهاي سيكلي مكانيكي و حرارتي قرار دارند و لذا بايد استحكام خستگي كافي، در مقابل اين بارگذاري¬هاي سيكلي را دارا باشند. لذا در اين طرح، يك روند جديد عمليات حرارتي (T6) به منظور بهبود خواص خستگي پرچرخه خمشي در آلياژ آلومينيوم- سيليسيوم مورد استفاده قرار گرفته است. اين عمليات شامل: 1- مرحله اول انحلال: شامل نگهداري قطعه به مدت 5 ساعت در يك كوره با المان¬هاي مقاومتي در دماي 500 درجه سانتيگراد است. 2- مرحله دوم خنك¬كاري: شامل خنك كردن قطعه در آب با دماي 40 تا 60 درجه سانتيگراد است. 3- مرحله سوم پيرسازي: شامل نگهداري قطعه براي افزايش ماكزيمم سختي در كوره با المان¬هاي مقاومتي در دماي 180 درجه سانتيگراد به مدت 9 ساعت است. در ضمن نوعي ديگر از عمليات حرارتي (فقط خنك¬كاري قطعات بعد از ذوب¬ريزي در آب به دماي 40 تا 60 درجه سانتيگراد) انجام شده است كه اين نوع از عمليات حرارتي هم باعث افزايش عمر خستگي شده است ولي مقدار افزايش آن به اندازه عمليات حرارتي T6 نيست. آزمون خستگي پرچرخه خمشي مطابق استاندارد بر روي نمونه‌هاي استاندارد آزمون، انجام شده است. با مقايسه عمر خستگي نمونه‌هاي عمليات حرارتي شده با نمونه¬هاي عمليات حرارتي نشده، مشخص شد كه عمليات حرارتي T6 پيشنهاد شده در كمترين مقدار خود باعث بهبود عمر خستگي به ميزان 537 درصد مي‌شود. رفتار شكست ماده نيز توسط ميكروسكوپ الكتروني روبشي نشر ميداني، بررسي شده است، كه با بررسي سطح شكست مشخص شد كه شكست ماده بصورت ترد رخ داده است.