汽车发动机活塞环的技术现状和发展
现代汽车要求发动机具有更高的功率和更低的燃油耗，并进一步减少汽车交通对环境的负担，为此汽油机和柴油机制造商都要花费更多的研发费用，零部件供应商在汽油机和柴油机活塞环具有重要功能特性的基础材料、耐磨性和结构等方面进行了深入的研究，为实现这些目标要求作出了重要的贡献。
由于未来发动机功率越来越高，排放法规不断加严，并要求在降低维修成本的同时，延长发动机的使用寿命，这一切都对现代发动机的活塞环，特别是第一道压缩环，提出了越来越高的要求。活塞环的重要任务主要在于：
- 密封；
- 在确保耐烧蚀强度的同时具有良好的热传导性；
- 控制机油耗；
- 通过应用适合批量生产成本的材料、涂层、结构和生产工艺，限制磨损率，延长发动机的使用寿命。确保功能的设计特点。
当今活塞环应用各种品质的铸铁材料和钢。首先考察铸铁材料，按照用材料强度、延伸率、疲劳强度和耐磨性等指标表征的承载能力，可选用的铸造品质的全部范围见表1。对于第一道压缩环应特别优先选用一种具有高抗弯强度和弹性模数的球墨铸铁，其基体为马氏体，以获得高的硬度，可使侧面具有较好的耐磨性。
第二道活塞环能应用无镀层环，开发了一种在调质热处理状态下呈现细化片状组织铸造品质的材料，通过生成铬、钒、锰和钨元素的特殊碳化物，以及马氏体基体组织，以获得良好的耐磨性。而GOE44可锻铸铁是一种在细化珠光体基体组织中有针对性地生成残余碳化物成分的材料，能将高抗切向力强度与良好的耐磨性结合起来。
由于对材料强度和疲劳强度以及良好耐磨性的要求越来越高，现在趋向于进一步优化球状石墨的生成，以便在静态（装配状态）和动态负荷下获得特别高的抗弯强度，同时用贝氏体基体组织来获得活塞环侧面和工作表面较低的磨损率。
由于汽油机和柴油机活塞结构高度降低，压缩环的轴向高度相应减小，特别是面对20MPa气缸爆发压力，对机械结构的要求越来越高，这一切都要求提高活塞环侧面的强度和耐磨性。钢材料特别适合于这些要求。与铸铁材料相比，钢具有良好的机械动态承载能力，因此在弯曲负荷增大的情况下具有高的疲劳强度。当然，通过表面镀层和表面处理的效果可部分地缩小铸铁和钢之间动态强度的差异。试验表明，通过附加的化学处理（CPS法）可使氮化钢活塞环的动态强度提高大约30％。
首先应用含铬量为13％或18％的高铬马氏体钢，这种材料通过生成精细分布的铬碳化物和附加生成的渗氮层使表面层硬度明显提高，从而获得良好的耐磨性。如果要使用调质处理的Cr-Si低合金钢的话，则环工作表面镀层是必需的。
在最近15年内，全世界汽油机第1道压缩环都由铸铁环改用钢环，其中特别是欧洲和日本偏爱于氮化钢环。在汽油机高转速的使用条件下，现在轴向高度低的第1道钢环已成为标准零件，在此期间开发的发动机的第1道环超过90%采用氮化钢环，而第2道环大多数采用成本较低的铸铁环，并根据各自的功能要求选择相应的结构型式和工作表面涂层。 |
