摘要：针对某型柴油机汽缸盖排气阀阀座的异常磨损现象，根据初步原因分析，制定方案进行排查，检查结果及验证表明：缸盖材料组织不均匀，局部铁素体含量过高是其阀座异常磨损的直接原因。最终，通过采取继续严格按照固化后的“某型机缸盖作业指导书”的要求进行操作，密切监控落砂时间和落砂后缸盖的放置状态，确保浇注后间隔固定时间落砂，落砂后燃烧面朝上，缸盖之间避免互相挤压等措施，保证了缸盖的可靠性。
关键词：柴油机；缸盖；排气阀；铁素体
汽缸盖的主要作用是密封汽缸，其上通常安装有喷油器，进、排气阀，安全阀等，其内部有进、排气道，冷却水腔等，这些因素使缸盖成为结构最复杂的柴油机零部件之一[1]。
缸盖受到高温高压燃气的作用和螺栓预紧力的作用，使之产生压缩应力、弯曲应力和热应力。所以要求缸盖有足够的强度和刚度，以保证其可靠的工作。而缸盖的进、排气阀阀座又是其本体上最易磨损的部位。文中就某型机排气阀阀座异常磨损现象做了详细分析，并提出改进措施。
1 故障现象
某型柴油机交货试验后，B1、B4、B6、B9 4个缸排气阀间隙异常，B1缸1个排气阀间隙为0，B6缸2个排气阀间隙为0，B4缸1个排气阀间隙为0.20 mm，B9缸1个排气阀间隙为0.05 mm，远低于要求的间隙0.50 mm。检查发现，B1、B4、B6、B9 4个缸盖排气阀阀座异常磨损，磨损情况见表1。
表1 排气阀座磨损情况 mm
2 初步原因分析
引发排气阀座磨损的可能原因如下。
1)阀座冷却不良，高温下阀座耐磨性降低：与此有关的主要零件有缸盖，机身至缸盖的冷却水道。
2)气阀落座润滑缓冲不良：与此有关的主要零件有排气摇臂，气阀间隙调节螺钉，转阀机构，缸盖至气阀的润滑油道。
3)落阀冲击力过大：与此有关的主要零件有气阀弹簧，排气阀弹簧座，气阀挺杆，气阀卡块，排气阀，缸盖阀座，排气阀导管，排气凸轮。
4)排气阀硬度过高。
5)缸盖阀座材料耐磨性差。
3 排查方案
根据上述分析，确定B1、B4、B6、B9 4个缸的拆检项目如下。
1)机身与缸盖连接处冷却水道是否通畅。
2)缸盖冷却水流量，要求冷却水压力为0.15～0.20 MPa，流量在30 s内小于20.50 kg。
3)解剖B1、B6缸盖，检查在阀座处的冷却水腔尺寸。
4)检查摇臂轴的油孔尺寸、位置。
5)调节螺钉的
平面尺寸，D 2孔口倒角
和球承座内D 1.5孔口90°倒角。
6)贴合检查摇臂座与缸盖的滑油道对接位置。
7)检查排气阀面锥角45°30＇～45°50＇、锥面尺寸
和锥面硬度。
8)气阀卡块安装配对情况，目测外观。
9)气阀内外弹簧刚度及自由长度。
10)检查挺杆长度及球头外观。
11)阀座与排气阀贴合。
12)H55-074(D(17±0.009)mm)塞规测量排气阀导管孔与阀座同轴度和阀面贴合。
13)B排凸轮轴所有排气凸轮型线。
14)转阀机构的灵活性和排气阀弹簧座的全部尺寸。
15)检测阀座磨损缸盖的金相组织、化学成分和硬度，并在B1、B6缸盖上取样检查抗拉强度。
4 检查结果及验证
根据上述方案进行检查，结果如下。
4.1 零部件拆检情况
1)缸盖冷却水水道通畅，流量满足图纸要求。
2)测量排气阀导管孔及其与贴合面的同轴度满足图纸要求，贴合面与排气阀贴合不断线。
3)摇臂轴的油孔尺寸、位置符合图纸要求。
4)缸盖滑油道
和贴合检查缸盖上的油孔与摇臂座油孔对接良好。
5)调节螺钉的D
平面尺寸、D 2孔口倒角
和球承座内D 1.5孔口90°倒角满足图纸要求。
6)除B4缸1个排气阀内弹簧检验力矩超差1.6 N·m和1个进气阀内弹簧的检验力矩超差0.6 N·m外，其余气阀弹簧刚度及自由长度均满足图纸要求。
7)所有挺杆长度合格，球头外观无异常。
8)转阀机构转动灵活，气阀卡块安装配对正确，外观无异常。
9)排气阀弹簧座尺寸符合技术要求。
10)磨损阀座对应排气阀的锥角、卡块安装处尺寸及总长合格。
11)复查凸轮轴所有排气阀对应的凸轮型线记录，型线全部合格。
可以看出，除B4缸1个排气阀和1个进气阀的内弹簧检验力矩略高(最高超出1.6 N·m)外，其余零部件均合格。气阀弹簧刚度超差可能由于测量误差导致，另一方面，气阀弹簧刚度增加，气阀与气阀传动机构紧紧贴合，气阀落阀速度仅与凸轮型线有关，不会异常增加而增加落阀冲击力，因此不会导致阀座异常磨损。
4.2 缸盖解剖情况
对磨损的4个缸盖进行解剖，检测结果如下。
经查这4件缸盖分别对应在3炉浇注，具体见表2。
表2 缸号对应炉号
检测磨损缸盖的表面硬度，并对B1、B6、B4、B9缸缸盖进行本体解剖(见图1)，进行硬度、抗拉强度、金相及化学成分分析，结果如下。
4.2.1 入库时该批缸盖质量排查
图1 检测位置示意图
1)化学成分如表3所示。
表3 入库时化学成分 %
2)机械性能及金相如表4所示。
表4 入库时机械性能及金相
4.2.2 解剖前硬度测量
解剖之前，对缸盖燃烧面进行硬度检测，具体检测位置见图1,测量值如表5所示。
表5 解剖前机械性能
4.2.3 解剖排查
对磨损缸盖B1、B6号进行了本体解剖(见图2)。
图2 解剖位置示意图
对2个排气阀部位分别做了硬度、金相及组织分析，具体结果如下。
其中，试样1做金相组织及布氏硬度检测；试样2做化学成分、抗拉强度性能检测。
1)硬度分析。缸盖解剖后对试样1即排气阀鼻梁端面处进行了硬度检测。具体测量位置如图3所示，测量值如表6所示。
图3 硬度测量点示意图
表6 试样1硬度测量结果 HB
2)金相组织分析。对试样1进行了金相组织分析，具体测量位置如图4所示，结果如表7所示。
图4 测量位置示意图
表7 试样1金相组织测量结果
续表7 试样1金相组织测量结果
3)化学成分分析。对试样2进行了化学成分分析，具体结果如表8所示。
表8 试样2化学成分 %
4)抗拉强度。对试样2进行了抗拉性能检测，具体结果如表9所示。
表9 试样2抗拉强度检测结果
结果表明，材料成分、抗拉强度、硬度满足技术文件要求。存在问题是侧面硬度偏低，接近200 HB的下限；排气阀座冷却水腔附近金相组织的铁素体含量异常。
4.3 综合分析
综上所述，气阀、摇臂、弹簧等相关零部件符合要求，可以排除其是异常磨损的原因。从缸盖的解剖结果来看，排气阀座附近铁素体含量异常，组织分布不均匀，致使局部强度和硬度偏低，耐磨性降低，柴油机运行过程中，气阀拍击阀座，导致阀座异常磨损。
4.4 试验验证
更换阀座磨损的B1、B4、B6、B9缸盖总成，包括气阀、气阀弹簧、弹簧座、摇臂总成和挺杆，按要求重新调整所有进排气阀间隙，柴油机进行试验验证，试验工况如下。
1)转速为1 455 r/min，负荷为100%，运行2.5 h。
2)转速为1 500 r/min工况，负荷为110%，运行30 min。
3)正常停车，冷车状态下测量所有进排气阀间隙。
试验后气阀间隙检查显示，所有气阀间隙符合要求，缸盖正常。
5 结论
缸盖材料组织不均匀，局部铁素体含量过高是缸盖阀座异常磨损的直接原因。
经过对生产控制过程进行排查发现：化学成分控制、浇注温度控制等关键环节均严格按照工艺要求执行。但“在浇注后2.5～3 h落砂”的要求未能达到；实际情况是个别件号由于浇注后温度较高，落砂操作困难，缸盖落砂后埋进砂堆，或者相互挤压造成冷却速度缓慢，造成强度和硬度偏低。
