现代汽车要求发动机具有更高的功率、更低的油耗和更洁净的废气排放，汽油机和柴油机活塞环的材料以及耐磨性和结构等对实现这些目标具有重要作用。

由于未来发动机功率越来越高，而排放法规越来越严格，并要求在降低维修成本的同时，延长发动机的使用寿命，这一切都对现代汽车发动机的活塞环，特别是第一道压缩环，提出了更高的要求。

发动机活塞环的主要功能在于：①汽缸内高温高压燃气的密封；②在确保耐烧蚀强度的同时，具有良好的热传导性；③控制机油耗，降低废气排放(这对于颗粒排放特别重要)；④通过应用适合于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。

一、设计特点

以下介绍车用汽油机和柴油机活塞第一、第二道压缩环基本材料、镀层、结构型式和轴向高度等方面的发展状况，以及为满足工作表面几何形状、耐磨性(镀层)、贴合能力和侧面强化等方面特殊设计要求的技术现状和发展趋势。

1.基本材料

目前活塞环采用各种品质的铸铁和钢作为材料。对铸铁材料而言，如表1所示，按照材料强度、弹性延伸率、疲劳强度和耐磨性等指标表征的承载能力，可选用的各种铸铁材料几乎用到了。对于第一道压缩环，应特别优先选用一种具有最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。

当今新开发的一种在调质热处理状态下呈现细化片状组织的灰铸铁材料，被应用于第二道活塞环，使其实现无镀层环的应用，并通过生成铬、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，特别是疲劳强度和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)和动态负荷下获得较高的抗弯强度，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不断降低，压缩环的轴向高度相应减小，特别是现代轿车柴油机的强化程度越来越高，最大汽缸爆发压力已高达2MPa，对机械结构强度的要求越来越高，这一切都要求提高活塞环侧面的强度储备和耐磨性，钢材料特别符合这些要求。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较高的疲劳强度。图1是活塞环用基本材料可承受的应力幅。当然，通过表面镀层和表面处理可部分缩小铸铁和钢之间的动态强度差异。试验表明，通过附加的化学处理可使氮化钢活塞环的动态强度提高大约30%。

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可使表面层硬度明显提高，从而获得良好的耐磨性。如果使用调质处理的Cr-Si低合金钢，那么环工作表面镀层是必需的。

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