发动机排气阀断裂分析.pdf

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~测试与分析~
发动机排气阀断裂分析
尹建民,袁峰,梅本付,吴楚
(泛亚汽车技术中心有限公司,上海201201
摘要:某汽车发动机排气阀,材料为奥氏体耐热钢,在耐久试验至334h时发生断裂。对断裂的排气阀进
行了宏观及微观断ロ分析、化学成分分析和硬度測定,以揭示其断裂的原因。结果表明,该排气阀
存在易产生应力集中和萌生裂纹的折叠、沟槽等杋加工缺陷,加上高温氧化腐蚀作用,最终导致其
在耐久试验时发生断裂。
关键词:排气阀;断裂;杌加工缺陷;氧化腐蚀
中图分类号:"TG115.21
文献标识码:A
文章编号:1008-1690(2016)05-0052-04
Failure Analysis on Engine Exhaust Valve
YIN Jianmin, YUAN Feng, MEI Benfu, WU Chu
(Pan Asia Technical Automotive Center Co., [td., Shanghai 201201, China
Abstract: A certain auto engine exhaust valve, made of an austenitic heat-resistant steel, has broken when
subjected to durability test up to 334 h. The broken exhaust valve was subjected to visual inspection and
microscopic analysis of the fracture, chemical composition analysis and hardness test Lo reveal the reason for ils
breaking. The results show that machining defects such as fold and groove where stress concentration is easy to
happen and crack is easy to initiate is present in the exhaust valve. In addition, the exhaust valve undergoes high
temperature oxidation corrosion. The foregoing two factors cause the exhaust valve to break during the durability
Key words: exhaust valve; breaking; machining defect; oxidation corrosion
排气阀是发动机的关键零件之一,工作条件十0.01mm。在发动机耐久试验334h后发现1个排
分恶劣,除承受机械冲击载荷和热应力外,还受到高气阀杆部断裂
温氧化性气体的腐蚀,因此是发动机易损件之
阀盐
。随着发动机小型化和涡轮的普遍应用,对排
丁顶端杆②使用后未断件
气阀的要求越来越高,要求其必须具有高温疲劳强
度、耐磨、耐腐蚀和抗氧化等特性。如果排气阀失
过渡
效,将会造成整台发动机报废,对行车安全和维修都
有不可估量的损失。
(断面)
①使用后断裂件
本文研究的失效排气网为某汽车四缸发动机用
排气阀,材质为企业内部标准,属奥氏体耐热钢。气
图1排气阀外观及断裂部位形貌
阀总长约98mm,阀盘外径约23.5mm,杆部工作段
The exhaust valves broken and not broken
外径约4.96mm,头部与杆部即阀杆工作段间过渡
段外径约5.4m、宏观形貌如图1所示。该气网加1理化检验
工工艺为:锻压成形→车加工一渗氮。技术要求:表1.1宏观检验
面硬度≥600HVO.2,有效渗氮层深度为0.025±
由图1可见,断裂件的断裂部位发生在头部圆
收稿日期:2016-05-03
作者筒介:尹建民(1971-),男,上海人,エ程师,主要从事汽车发动机开发与验证工作
联系电话:021-50161583,F-mail:;Jhanmin_yin(@pala(.com.cn
《热处理》2016年第31卷第5期
万方数据
盐过渡段与杆部工作段交界区,断面离顶端距离约果满足企业内部标准,只体如表1所示。
80mm,断口下方留有约10mm的高温氧化段,断口
周边未见明显的塑性变形。
断口的宏观形貌如图2所示。断面呈深氧化
色,基本与轴线垂直,断面大部分区域较平坦,并发
现A→B方向发展的海淮状花样。A向的断口周边
可见有多个小台阶,B向表层区有个月牙形的粗糙
区,为终断区,约占整个断面的1/10,断面表现为低
应力疲劳扩展特征。
B
1.2化学成分分析
在断裂气阀本体取样,采用德国斯派克 SPECT-
图2断口宏观形貌
ROMAXX直读光谱仪对试样进行化学成分分析,结
Fig 2 Macrograph of the fracture surface
表1断裂气阀的化学成分(质量分数,%
Table 1 Chemical composition of the broken valve(mass fraction,
页目
C
MI
P
Ni
检测值
0.54
0.005
8.87
0.017
0.41
内部标准值0.48~0.58≤0.030≤0.358~10≤0.04020~223.25~4.500.35~0.50
1.3硬度检测
为0.40mm
对断裂气阀杄部相应部位进行维氏硬度检测,
表2断裂气阀的表面硬度/HVO.2
也对未断裂气阀同样区域取样检测,结果如表2所 Table2 Surface hardness of the broken valve/HO.2
示,过渡段外表技术要求为≥600HVO.2。
检测零件
过渡段外表
顶端外表
对断裂气阀相应部位进行硬度梯度检测,结果
断裂件
548
1091
如表3所示。
未断裂件
073
断面处有效渗氮层深度为0.11mm,近顶端区
表3断裂气阀的硬度梯度/HV0.2
Table 3 Hardness gradient of the broken valve/ HVO. 2
距表面距离/mm0.05
0.15
0.25
0.35
0.45
0.55
0.65
0.75
0.85
心部
近断而区
417
413
413
417
415
414
近顶端区
516
430
415
417
415
1.4微观组织分析
1.4.1扫描电镜分析
在断裂气阀断面取样,并置于JSM-6610扫描电
镜下观察。
断而A向起始区表层区域形貌如图3所示。
?3左侧白亮区为杆部外表面,断面较圆洋,有一定
的擦伤,隐约可见向内推进条纹;在断面边缘可见台