为什么活塞的材料采用合金铝材料制成？（汽车）

活塞和活塞环

活塞及活塞环位于发动机的心脏，其工作质量的优劣直接影响发动机的性?。现代发动机的活塞多采用铝合金作材料。其主要优点是质量轻二导热性能好。活塞与活塞环是一对摩擦。为使其工作性能达到最佳化，在选用原材料和工作面的涂覆材料方面，首先应考虑两者间的匹配性。如：活塞环端面进行化学钝化处理，则活塞应选用AEB5型共晶铝(5%的Cu含量)作材料，且对活塞环槽进行磷化处理。随着发动机功率的不断提高和活塞工作寿命的不断延长，普通的铝合金活塞难以满足要求，许多性能更好的新材料应用于活塞中。铝基复合材料的性能已达到使用的最好材料Ni-resist，铸铁的水平，而制成活塞和活塞环后质量大大减轻，与普通铝合金材料相比其高温强度和抗热疲劳性能明显提高，并具有较低的线膨胀系数。可提高活塞使用寿命，降低油耗和废气排放量，提高发动机功率。日本丰田汽车公司的发动机巳广泛采用这种材料，美国公司还研制出用以制作汽车发动机括塞的发泡石墨。这种材料具有比铝高4倍，比铜高5倍的传热系数，以及相对密度低、质量轻、制取成本不高等特点，既可减小质量40%(与金屑制材相比)，又可散热制冷，可有效地增加发动机输出功率，改进工作效率。

活塞环是易损件，在工作中与缸套摩擦剧烈，其摩擦损失，占发动机总摩擦损失的60%-70%，因此减轻摩擦和降低磨损是提高效率、延长寿命的重要途径。研究表明，在活塞环(尤其是压缩环)工作面上涂覆一层耐磨微小颗粒物质可提高其耐磨性能和载荷能力。例如；对柴油机压缩环施以铬和陶瓷涂层(AI203的含量为2%-6%)，其耐磨强度较普通环提高0.5-1.5倍。有了这种涂层，活塞环的工作面将永久存留一层润滑油膜。有的活塞环的表面涂覆的不是氧化锰山类的微小颗粒，而是极精细的钻石微小颗粒(GDC)，这可进一步提高环的耐磨强度。

活塞及活塞环位于发动机的心脏，其工作质量的优劣直接影响发动机的性?。现代发动机的活塞多采用铝合金作材料。其主要优点是质量轻二导热性能好。活塞与活塞环是一对摩擦。为使其工作性能达到最佳化，在选用原材料和工作面的涂覆材料方面，首先应考虑两者间的匹配性。如：活塞环端面进行化学钝化处理，则活塞应选用AEB5型共晶铝(5%的Cu含量)作材料，且对活塞环槽进行磷化处理。随着发动机功率的不断提高和活塞工作寿命的不断延长，普通的铝合金活塞难以满足要求，许多性能更好的新材料应用于活塞中。铝基复合材料的性能已达到使用的最好材料Ni-resist，铸铁的水平，而制成活塞和活塞环后质量大大减轻，与普通铝合金材料相比其高温强度和抗热疲劳性能明显提高，并具有较低的线膨胀系数。可提高活塞使用寿命，降低油耗和废气排放量，提高发动机功率。日本丰田汽车公司的发动机巳广泛采用这种材料，美国公司还研制出用以制作汽车发动机括塞的发泡石墨。这种材料具有比铝高4倍，比铜高5倍的传热系数，以及相对密度低、质量轻、制取成本不高等特点，既可减小质量40%(与金屑制材相比)，又可散热制冷，可有效地增加发动机输出功率，改进工作效率。
很多啊

主要是散热性能好以及铝硅合金流动性好，不容易出现气孔。

http1、碳素钢和合金钢

碳素调质钢和合金调质钢是连杆用钢的传统钢种，通常小功率的发动机采用碳素调质钢，大功率的发动机采用合金调质钢。

碳素钢调质硬度一般在229~269HBS，合金钢可达到300HBS，但最高不超过330HBS。碳素钢抗拉强度可达到800MPa以上，冲击韧度在60J/cm2以上；合金调质钢抗拉强度可达到900MPa以上，冲击韧度在80J/cm2以上。调质钢连杆用于要求连杆有较高强度和韧性的大功率柴油机。

2、非调质钢

非调质钢是在中碳钢基础上添加钒、钛、铌等微合金元素，通过控制轧制或控制锻造过程的冷却速度，使其在基体组织中弥散析出碳、氮的化合物使其得到强化。非调质钢省略了锻后的热处理。按其强韧性可以分4类，其中基本型和高强度型适用于发动机连杆。

我国研究的非调质钢主要是钒系、锰钒系、锰钒氮系。每个系列都开发了添加易切削元素的钢种。用于发动机连杆的钢种有35MnVS、35MnVN、40MnV、48MnV等，其强度都在900MPa以下。疲劳试验表明，非调质钢连杆的疲劳强度与相同级别调质钢相当。

随发动机轻量化的要求，连杆的设计应力提高，C70S6系列的钢种的应用会越来越多。德国在该钢种的基础上开发了强度级别更高的钢种。

3、粉末冶金连杆

英国、瑞士、德国合作，选用成分为Pe?1.5Cr-0.5C的合金粉末试制发动机连杆，并通过零件拉压疲劳性能试验及发动机台架试验。德国还采用成分为Fe?（0.35-0.45）C?（0.3-0.4）Mn?（0.1-0.25）Cr-（0.2-0.3）Ni粉末冶金连杆，用在Porsche 928发动机上。
粉末冶金连杆的强度、韧性通过锻造提高粉坯的密度和添加合金元素，使粉末锻造连杆具有足够的淬透性以达到锻钢连杆的水平。日本生产的Fe-0.5C-2.0Cu-0.09S 及 Pe-0.55C?2.0Cu-0.2S粉末烧结锻造连杆的密度达到7.82z/cm3（理论密度的99.8%），试验证明，达到了锻钢连杆的疲劳性能，可节约材料40%，降低成本10%，节约能源50%。4钛合金连杆金属钛的密度为4.5g/cm3，仅为钢铁材料的58%。钛的抗拉强度较低，仅有250-300MPa，生产中要添加合金元素来强化基体，通常是添加铝和矾。从试验结果看，屈服强度在850MPa以下的钛合金，疲劳强度与屈服强度呈正比；

但屈服强度在850MPa以上的钛合金，疲劳强度与屈服强度成为极限状态。钛合金通常要添加易切削元素硫和稀土，但屈服强度在850MPa以上时添加会降低高负荷下合金的疲劳性能。日本采用Ti-3A1-2V的钛合金生产连杆，其抗拉强度可
达800MPa、屈服强度可达600MPa，相当于45调质钢的强度水平。

钛合金连杆比钢制连杆的质量可减轻30%，使连杆往复惯性力大幅度降低。钛合金连杆的发动机转速比钢制连杆发动机提高700r/m in，使输出功率大幅度提高，还可显著降低发动机噪声，有利环保。s://zhidao.baidu.com/question/808342193140519252/answer/3142136849?fr=nashare

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