内燃机换气机排气阀阀杆断裂原因分析

当内燃机气缸内废气排完后，在气门弹簧恢复力、阀头惯性力以及废气的反冲力联合作用下排气阀进行关闭，且其关闭速度极高，并伴有严重冲击。这样在阀头与锁颈肩之间阀杆上就会相应产生很大的高频冲击拉伸应力。由于锁槽处尺寸较小，所以高频冲击应力往往会在此颈缩处发生极高的能量集中，即所谓的能量尺寸效应，从而在气阀锁槽表面形成极大的冲击应力集中。

通过上述失效分析，可以得知这批排气阀阀杆体表面存在粗晶粒层，这使得阀杆表面强度较差，容易产生裂纹。粗晶粒层对应力集中的锁槽部位危害更大，极易产生表面裂纹。同时阀杆心部又有较多的含碳夹杂物分散，它们作为内部裂纹源或裂纹易扩展的通道，加速气阀的失效，导致该批次排气阀短时运行即发生早期断裂。

通常采用5Cr21Mn9Ni4N(21-4N)奥氏体沉淀硬化气阀钢制作排气阀，要经过轧制、锻造和固溶处理等几个加工环节。失效排气阀阀杆体表层出现粗晶层，可能与其轧制温度过高有关。而由于失效排气阀运行时间尚短，其内部大量的含碳夹杂物不会是在柴油机排气较高温度的作用下发生过时效的结果，而应该与它的固溶处理不当有关。因此采取适当的热加工工艺，如胎模锻造工艺来制作排气阀可以大大提高其合格率。