浅谈船舶主机气门工作条件及制造选材

浅谈船舶主机气门工作条件及制造选材作为船舶主机燃烧室的不可或缺的部分，气门的工作条件极为复杂。因此在气门的制造选材过程当中应充分考虑其工作条件特征。可以说，气门工作条件决定制造选材方向，制造选材过程也将直接影响气门适应复杂工作环境的程度。1.船用主机气门的工作条件1.1.燃气的高温、高压作用 船舶主机气门的头部直接与高温、高压燃气接触，由于受到气流的高速冲刷、加热，温度高达 650～800℃，阀杆温度可达 150～250℃。图 1 为某型号船舶主机的气门在转速为 1200r/min，压力为1.39MPa 工况下的温度分布。 阀盘底面最高温度超过了 680℃，整个头部的温差在 180℃以上，使船舶主机气门产生较大热变形和承受较大的热应力。气门机构留有冷态间隙，使气门在开启和关闭时受到冲击负荷，若间隙过大，冲击将更加严重。此外，气阀和阀座在高温燃气作用下，将产生交变机械应力和变形，引起气阀和阀座接触面发生相对滑移，使摩擦加剧。1.2.撞击和磨损作用 船舶主机气门在关闭时，阀面与座面发生撞击和磨损。阀盘和阀座在撞击力的作用下，阀面尺寸减小，座面尺寸增大，气门滑移着楔入阀座。气门弹簧的振动和伸缩变形时螺旋线的扭转作用，也使阀面和座面间产生楔入性和扭转性的滑移，这些滑移使阀面和座面间产生干磨擦。阀面和座面上的剥落金属颗粒、灰分、碳粒又变成了磨料加重了磨损。1.3.燃烧产物的腐蚀作用 燃烧产物对主机气门的阀盘和阀座有腐蚀作用。尤其是船舶主机燃用重油时，阀盘与阀座上的沉积物即燃烧后生成的硫、钒、钠氧化物的聚合物产生严重的腐蚀和磨损。钒、钠低熔点的化合物对金属起腐蚀作用，并使阀盘与阀座接触不良。阀盘和阀座在频繁撞击下，由腐蚀形成的硬脆沉积物崩碎脱落，使阀面和阀座上出现凹坑，造成密封面漏气，甚至烧损。2.船舶主机气门制造材料的选择2.1.对气门制造材料的基本要求 根据船舶主机气门的工作环境和长期实践过程，人们总结出了船舶主机气门选材的四个基本要求:(1) 具备良好的高温机械性能；既有足够的高温强度和热硬性；(2) 具备高温抗腐蚀的性能；(3) 具备较高的耐磨性与抗冲击性能；(4) 导热性好，热膨胀系数小。2.2.耐热合金钢成首选 工业用钢包括碳素钢和合金钢。碳素钢简称碳钢，其含碳量小于2.11%，为含有少量的 Si、Mn、P、S 等杂质的铁碳合金。因碳素钢具备较好的机械性能、良好的工艺性能、品种多、价格低廉等特点，成为机械工程广泛使用的重要金属材料，在钢的总用量...