汽车发动机材料技术发展动态
发动机技术发展趋势
伴随汽车产销量快速增长带来的是大气污染和石油消耗。目前，中国已成为仅次于美国和日本的第三大石油进口国。而汽车的石油消耗又占了中国石油年消耗量的50%。无疑，先进的发动机技术在汽车节能、环保技术开发中起着关键的决定性作用。
自20世纪末期以来，汽车排放法规日益严格。与美国上世纪90年代中实施的联邦排放法规相比，于2007年全面实施的新联邦排放法规将要求汽车氮氧化物排放降低幅度高达95%，碳氢排放物降低幅度高达84%。2007年美国联邦排放标准中第五分组碳氢排放极限约为欧Ⅳ排放极限的一半。
这越来越严格的排放法规和人们对节能认识的加深，使得低排放、低油耗、高功率密度、代用燃料(压缩天然气(CNG)、液化天然气(LNG)、液化石油气(LPG)、二甲醚、甲醇、乙醇汽油、生物柴油等)等车用发动机技术的开发受到高度的重视，从而促使传统的内燃机技术不断创新。如汽油机直喷技术、可变气门定时技术、可变进气管、燃烧速率控制滑片、可变排量技术、高压共轨直喷柴油机等等。
关键零部件材料技术
随着汽车工业的发展，对汽车零部件的要求越来越高，需要满足更高的机械载荷、更高的温度、更强的腐蚀环境、更苛刻的润滑条件，因此，对材料的要求也日趋严格，高强度、轻量化、耐热、耐磨、减摩、耐蚀等成为如今的发展方向。如下以缸体与缸盖、曲轴、连杆等为例介绍零部件材料技术。
缸体与缸盖
缸体与缸盖选择材料的主要出发点在于高强度、优良的热疲劳性能，轻量化。轿车发动机的汽油机已普遍从灰铸铁到铝合金，现在正逐步发展到镁合金材料。以宝马6缸镁铝复合发动机缸体为例，缸套及缸体的内芯部分为AlSi17Cu4Mg铝合金，外壁与基座为AJ62镁合金。复合缸体中镁合金重18kg。与铸铁缸体比较，铝缸体减重幅度约26％，而镁铝复合缸体可达44％。
2005年宝马3系列、5系列和7系列，以及2006年上市的Z4Roadster和Z4Coupe均已采用这种镁铝复合缸体的发动机。
今后需继续研究的课题有：
耐热镁合金材料开发。
材料性能测试：静态机械性能、高周与低周疲劳性能、蠕变抗力、耐腐蚀性能、螺栓摩擦性能及载荷保持能力。
结构优化设计。
铸造工艺。
毛坯检测技术。
未来重型柴油机缸体、缸盖材料，灰铸铁、合金灰铸铁有逐渐被蠕墨铸铁替代的趋势。蠕墨铸铁有两大优点：第一、它的强度高，意味着气缸可以在更高的压力下工作，从而满足日益严格的尾气排放要求；第二、如果工作压力不变，设计师可以减轻发动机的重量，改进其紧凑性。
如今，考虑到轻量化能达到减排的效果，铝合金成为中小型柴油机缸体与缸盖材料的发展方向。梅塞德斯－奔驰公司最近成功开发出了世界第一台全铝3L直喷式柴油机，并投入了批量生产。铝合金缸体的重量较铸铁减少了35kg，其它铝零件还有缸盖、缸盖罩、水泵活塞、油底壳、加压分配器等。其功率密度达0.97kW/kg，较原设计提高了20％。
本田公司开发出了所谓的“先进半固态铸造技术”，并成功地用于其最新的2.2L轿车柴油机铝合金缸体的生产。该柴油机为四缸共轨直喷式，对缸体的性能要求很高。“先进半固态铸造技术”是一种新的喷射铸造工艺，它除了具有普通压铸生产效率高的优点外，独特之处在于可使用砂芯并消除气孔，因而可采用固溶处理大幅提高缸体的强度。它较同尺寸的常规铸铁缸体减轻了15kg，而刚度却显著增加。
曲轴
选材的主要出发点是考虑疲劳强度及耐磨性。 钢
调质钢：45、40Cr、35CrMo、42CrMo。
非调质钢：48MnV、C38N2、49MnVS3、43MnVS、38MnSiV。
球墨铸铁
珠光体球铁：QT700－2、QT800－2、QT800－6、QT900－2、QT900－5。
以下是对多种强化工艺的分析：
表面感应淬火
强化机理：表层材料硬度提高，圆角形成残余压应力。
强化效果：零件弯曲疲劳极限提高幅度，锻钢曲轴在80％以上，球铁曲轴在20％左右。
钢＋轴颈及圆角表面感应淬火是目前承载能力最高的一种曲轴材料工艺组合，为重型及高爆压发动机所广泛采用，但其工艺难度较大(变形、淬硬层均匀性、圆角表面光洁度等)。
圆角滚压
强化机理：圆角形成大的残余压应力场，表层材料冷作硬化。
强化效果：零件弯曲疲劳极限提高幅度，锻钢曲轴在80％以上，球铁曲轴在100％以上。
球铁＋轴颈表面感应淬火＋圆角滚压是目前性价比最高的一种曲轴材料工艺组合，虽然其疲劳强度较同等圆角淬火钢曲轴低15％左右，但它具有以下优点：成本约下降40％~50％；减重8％以上；耐磨性好；减振降噪。
圆角滚压球铁曲轴广泛应用于轻型车和轿车发动机，它在相当程度上可取代锻钢曲轴用于中等增压的柴油机(已有小批量应用于160bar发动机的实例)。
氮化
强化机理：表层形成硬化层，圆角产生残余压应力。
强化效果：零件弯曲疲劳极限提高幅度，锻钢曲轴在大约30％~60％；球铁曲轴在大约20％~40％。
氮化属于一种整体表面处理工艺，因其能耗高、效率低、成本高、强化效果有限、对环境造成污染等缺点，将逐步被淘汰。
连杆
连杆的选材主要出发点是材料需具有疲劳强度，轻量化的特征。现今连杆材料技术有：
铸造连杆
球墨铸铁－QT700-2
可锻铸铁－GTS-65
锻造连杆
调质钢－45、55，40MnB、40Cr、45Mn2、53CaS、42CrMo
非调质钢－有35MnVS、35MnVN、40MnV、48MnV，C70S6，
粉末冶金连杆
连杆的制造工艺有粉末锻造和常规粉末烧结。粉末冶金连杆有技术经济性的优点。与锻钢连杆相比有较好的机械性能和重量精度，由于配粉时的精确称量及采用闭式模锻技术，零件重量误差很小，以致无需分级配重。尺寸精度也较好，尺寸公差可控制在普通连杆的1/5以内。除此之外，连杆的整体质量减轻10％以上，材料可节约40％，机加工工序减少约47％，能源消耗可节约50％，零件生产成本可降低10％。
上世纪八十年代初开始应用在日本丰田公司1981年建成粉锻连杆生产线，用于Camry轿车1.8L发动机。到本世纪初粉锻连杆生产已累计超过5亿支，目前广泛应用于轿车发动机。
连杆分离面断开工艺是利用低塑性材料在应力集中条件下的脆性断裂特性加工分离面的一种新工艺，利用断口的高度啮合特性定位，极大地简化了连杆结构，连杆加工也更加简单。
裂解工艺适用于铸造连杆、锻造连杆、粉冶连杆。连杆裂解工艺与传
