气门弹簧是发动机中一个十分重要的组成部分，其功能是克服气门关闭过程中气门及传动件的惯性力，避免各传动件间因惯性力作用而产生间隙，保证气门及时落座并紧密贴合，防止气门在发动机振动时发生跳动而破坏其密封性。为此，气门弹簧不仅应具有足够的刚度和强度，而且更应具有足够的可靠性。随着发动机向大功率、高速方向发展，气门弹簧在高动态应力和高响应及防止共振等方面被提出了更高的要求。
文献［16］作者采用X射线应力测试仪对汽车发动机气门弹簧在生产加工过程的关键工序中残余应力的变化进行了测量，分析弹簧失效机理，模拟发动机工况并进行疲劳寿命实验，探讨提高气门弹簧疲劳寿命和性能的途径（图7-44）。
图7-44 气门弹簧失效件实物
7.2.2.1 实验设备和实验方法
残余应力实验采用X射线残余应力测试仪。实验样件材料为直径较小的合金钢丝，根据样件的化学成分和组织结构，实验应用侧倾固定ψ法。实验设备的具体参数选择如下：衍射晶面为αFe（211）；应力常数－318 MPa/（°）；定峰方法为交相关法；ψ角选择0°、25°、35°和45°；2θ扫描范围为162°～151°；扫描步距0.10°；计数时间0.5 s；管压25 k V；管流7 m A；X射线斑直径0.6 mm。
文献［16］主要是探讨气门弹簧在去应力退火和喷丸强化处理两道关键工序中残余应力的变化规律，共准备加工工艺参数不同的5种样件，分别标识为A、B、C、D、E样件，A、B、C、D、E样件每种不少于20件，用于模拟发动机实际工况的疲劳寿命实验，通过不同样件疲劳寿命实验获得的实验次数和负荷损失率进行对比，探讨不同工序中气门弹簧残余应力和疲劳寿命的关系。
实验采用的5种气门弹簧样件具体参数如下：
（1）A样件。气门弹簧进行420℃、保温60 min去应力退火，采用直径为0.4 mm丸粒一次喷丸强化处理。
（2）B样件。气门弹簧进行420℃、保温60 min去应力退火，采用直径为0.6 mm丸粒一次喷丸强化处理。
（3）C样件。气门弹簧进行420℃、保温60 min去应力退火，先采用直径为0.6 mm丸粒喷丸一次，再采用直径为0.4 mm丸粒进行二次喷丸强化处理。
（4）D样件。气门弹簧进行420℃、保温60 min去应力退火，未进行喷丸强化处理。
（5）E样件。气门弹簧未进行去应力退火，未进行喷丸强化处理。
实验在X射线应力测试仪上进行。由于气门弹簧实验样件钢丝直径较小，而且内侧面难以进行检测，因此，将实验样件气门弹簧用线切割的方法沿中心线截开，并将不同加工工艺获得的样件进行标识。测试时用小磁铁吸住样件，稳定所需测量夹角。分别对样件的内侧表面和外侧表面与钢丝轴线成45°和135°方向进行表面残余应力测试，然后对A、B、C样件的5μm、10μm、50μm、100μm、200μm和300μm等次表面残余应力进行测试，次表面及更深处则通过电解抛光法获取。次表面测试时，每一点也都与钢丝轴线分别成45°和135°两个方向。(www.xing528.com)
7.2.2.2 气门弹簧内、外侧表面残余应力的变化
表7-6给出5种样件内、外侧表面与钢丝轴线成45°和135°方向所测试的残余应力结果。表中，“＋”为拉应力，“－”为压应力。对表中的数据进行分析对比，可以得出如下结论：
（1）从表中E样件的测试结果可得出，气门弹簧卷制以后，未进行去应力退火处理，在弹簧的内侧表面无论是与钢丝轴线成45°还是成135°方向都存在拉应力，而在弹簧的外侧表面则存在较大的压应力。
（2）从表中D和E样件的测试结果得出，气门弹簧在卷制后立即进行去应力退火处理，气门弹簧内侧的残余拉应力已消除，并存在有较小的残余压应力，而外侧的残余压应力比未去应力退火前有所减小。
（3）从表中5种样件的测试结果对比得出，气门弹簧在卷制后立即进行去应力退火处理，并进行喷丸强化处理后，内、外侧表面的残余压应力增大。
（4）从表中A、B和C样件的测试结果得出，气门弹簧若要内、外侧表面残余压应力都大于500 MPa，则应采用直径0.6 mm的丸粒进行喷丸强化处理才能满足设计要求。
表7-6 气门弹簧内、外侧表面残余应力测试结果
7.2.2.3 气门弹簧次表面残余应力的变化
表7-7给出三种不同喷丸强化处理工艺下加工的样件，采用X射线应力测试仪，在5μm、10μm、50μm、100μm、200μm和300μm等次表面上外侧面与钢丝轴线成45°和135°方向所测试的残余应力结果，表中“－”为压应力。对表中的数据进行分析，可以得出如下结论：
（1）气门弹簧在一次喷丸强化处理和二次喷丸强化处理后，内、外侧表面获得的残余压应力变化不大，但次表面的残余压应力二次喷丸效果优于一次喷丸。
（2）次表面上外侧面与钢丝轴线成45°和135°方向所测试的残余应力在50μm附近时残余压应力较大。
表7-7 气门弹簧次表面残余应力测试结果
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