柴油機氣門座圈的抗脫落選材和設計研究

王瀟嵩，張衛正，張體恩，郭冰彬，張馳

(北京理工大學 機械與車輛學院，北京100081)

0 引言

柴油機由于其熱效率高、扭矩特性好等優勢，被廣泛應用在軍用車輛、船舶及工程機械等重型機械設備上。然而隨著社會需求的不斷提高，柴油機的強化程度也在不斷提高，造成燃燒室零部件所承受的熱負荷與機械負荷不斷加大，使得柴油機的可靠性問題日益突出［1］。氣門座圈通過過盈配合安裝在氣缸蓋上，是配合氣門保證燃燒室密封效果的關鍵零件，在柴油機的工作過程中同時承受高溫氣體的沖刷腐蝕、高頻爆發壓力作用、氣門落座沖擊作用和與氣缸蓋之間相互的擠壓作用。在極端條件下，氣門座圈可能會因為不可逆熱變形過大而發生松脫，導致氣門無法落座、打壞缸蓋而誘發嚴重事故［2］。

本文的研究是針對某型號柴油機工作過程中發生的排氣門座圈脫落問題而展開的。該型號柴油機排氣門座圈采用的是國內柴油機普遍應用的低鉻合金氣門座圈，其金相組織結構為回火索氏體，洛氏硬度HRC 為40 ～46，適用于排氣溫度650 ℃左右的機型。在整機的實際工作過程中，柴油機排氣門座圈發生脫落，經檢測其外徑尺寸大幅減小，縮小量達到0.035 ～0.086 mm，平均變化率為2.02×10-4mm/h，嚴重影響了氣門座圈過盈配合的要求(設計過盈量為0.054 ～0.086 mm)。換用高鉻合金排氣門座圈(調質組織、多用于氣體機)后，座圈外徑縮小的情況仍未改善。在運行一定時間后拆機檢測，發現其外徑尺寸平均減小量為0.026 mm，但其尺寸變化率卻達2.52 ×10-4mm/h，說明高鉻合金氣門座圈的過盈量也在快速減小，不能滿足該型柴油機的使用要求。……