內(nèi)燃機(jī)換氣機(jī)排氣閥閥桿斷裂原因分析

當(dāng)內(nèi)燃機(jī)氣缸內(nèi)廢氣排完后，在氣門(mén)彈簧恢復(fù)力、閥頭慣性力以及廢氣的反沖力聯(lián)合作用下排氣閥進(jìn)行關(guān)閉，且其關(guān)閉速度極高，并伴有嚴(yán)重沖擊。這樣在閥頭與鎖頸肩之間閥桿上就會(huì)相應(yīng)產(chǎn)生很大的高頻沖擊拉伸應(yīng)力。由于鎖槽處尺寸較小，所以高頻沖擊應(yīng)力往往會(huì)在此頸縮處發(fā)生極高的能量集中，即所謂的能量尺寸效應(yīng)，從而在氣閥鎖槽表面形成極大的沖擊應(yīng)力集中。

通過(guò)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(qiáng)度較差，容易產(chǎn)生裂紋。粗晶粒層對(duì)應(yīng)力集中的鎖槽部位危害更大，極易產(chǎn)生表面裂紋。同時(shí)閥桿心部又有較多的含碳夾雜物分散，它們作為內(nèi)部裂紋源或裂紋易擴(kuò)展的通道，加速氣閥的失效，導(dǎo)致該批次排氣閥短時(shí)運(yùn)行即發(fā)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(jīng)過(guò)軋制、鍛造和固溶處理等幾個(gè)加工環(huán)節(jié)。失效排氣閥閥桿體表層出現(xiàn)粗晶層，可能與其軋制溫度過(guò)高有關(guān)。而由于失效排氣閥運(yùn)行時(shí)間尚短，其內(nèi)部大量的含碳夾雜物不會(huì)是在柴油機(jī)排氣較高溫度的作用下發(fā)生過(guò)時(shí)效的結(jié)果，而應(yīng)該與它的固溶處理不當(dāng)有關(guān)。因此采取適當(dāng)?shù)臒峒庸すに嚕缣ツｅ懺旃に噥?lái)制作排氣閥可以大大提高其合格率。