當內燃機氣缸內廢氣排完后，在氣門(mén)彈簧恢復力、閥頭慣性力以及廢氣的反沖力聯(lián)合作用下排氣閥進(jìn)行關(guān)閉，且其關(guān)閉速度   ，并伴有嚴重沖擊。

這樣在閥頭與鎖頸肩之間閥桿上就會(huì )相應產(chǎn)生很大的高頻沖擊拉伸應力。由于鎖槽處尺寸較小，所以高頻沖擊應力往往會(huì )在此頸縮處發(fā)生   的能量集中，即所謂的能量尺寸效應，從而在氣閥鎖槽表面形成   大的沖擊應力集中。

通過(guò)上述失效分析，可以得知這批排氣閥桿體表面存在粗晶粒層，這使得閥桿表面強度較差，容易產(chǎn)生裂紋。粗晶粒層對應力集中的鎖槽部位危害大，   易產(chǎn)生表面裂紋。同時(shí)閥桿心部又有較多的含碳夾雜物分散，它們作為內部裂紋源或裂紋易擴展的通道，加速氣閥的失效，導致該批次排氣閥短時(shí)運行即發(fā)生早期斷裂。

通常采用5Cr21Mn9Ni4N(21-4N)奧氏體沉淀硬化氣閥鋼制作排氣閥，要經(jīng)過(guò)軋制、鍛造和固溶處理等幾個(gè)加工環(huán)節。失效排氣閥桿體表層出現粗晶層，可能與其軋制溫度過(guò)高有關(guān)。而由于失效排氣閥運行時(shí)間尚短，其內部大量的含碳夾雜物不會(huì )是在柴油機排氣較高溫度的作用下發(fā)生過(guò)時(shí)效的結果，而應該與它的固溶處理不當有關(guān)。因此采取適當的熱加工工藝，如胎模鍛造工藝來(lái)制作排氣閥，可以提高其合格率。

排氣閥桿鎖槽早期斷裂主要是由于閥桿組織存在表面粗晶層，在高頻沖擊應力作用下，閥桿的鎖槽處形成嚴重的能量集中和表面應力集中，在鎖槽圓周產(chǎn)生多個(gè)裂紋源。同時(shí)，閥桿內部大量分散的夾雜物又形成內部應力集中源，加速排氣閥桿的斷裂，導致閥桿早期斷裂。建議采用合適的熱加工工藝，避免產(chǎn)生裂紋，以提高排氣閥桿的合格率。