內燃機換氣機排氣閥閥桿斷裂原因分析

當內燃機氣缸內廢氣排完后，在氣門彈簧恢復力、閥頭慣性力以及廢氣的反沖力聯合作用下排氣閥進行關閉，且其關閉速度極高，并伴有嚴重沖擊。這樣在閥頭與鎖頸肩之間閥桿上就會相應產生很大的高頻沖擊拉伸應力。由于鎖槽處尺寸較小，所以高頻沖擊應力往往會在此頸縮處發生極高的能量集中，即所謂的能量尺寸效應，從而在氣閥鎖槽表面形成極大的沖擊應力集中。

通過上述失效分析，可以得知這批排氣閥閥桿體表面存在粗晶粒層，這使得閥桿表面強度較差，容易產生裂紋。粗晶粒層對應力集中的鎖槽部位危害更大，極易產生表面裂紋。同時閥桿心部又有較多的含碳夾雜物分散，它們作為內部裂紋源或裂紋易擴展的通道，加速氣閥的失效，導致該批次排氣閥短時運行即發生早期斷裂。

通常采用5Cr21Mn9Ni4N(21-4N)奧氏體沉淀硬化氣閥鋼制作排氣閥，要經過軋制、鍛造和固溶處理等幾個加工環節。失效排氣閥閥桿體表層出現粗晶層，可能與其軋制溫度過高有關。而由于失效排氣閥運行時間尚短，其內部大量的含碳夾雜物不會是在柴油機排氣較高溫度的作用下發生過時效的結果，而應該與它的固溶處理不當有關。因此采取適當的熱加工工藝，如胎模鍛造工藝來制作排氣閥可以大大提高其合格率。