活塞环的基本材料
汽车发动机活塞环知识大全
汽车发动机活塞环知识大全发动机的活塞是发动机中的主要配件之一，它与活塞环、活塞销等零件组成活塞组，与气缸盖等共同组成燃烧室，承受燃气作用力并通过活塞销和连杆把动力传给曲轴，以完成内燃发动机的工作过程。
活塞环(Piston Ring)是用于崁入活塞槽沟内部的金属环，活塞环分为两种：压缩环和机油环。
压缩环可用来密封燃烧室内的可燃混合气体；机油环则用来刮除汽缸上多余的机油。
活塞环是一种具有较大向外扩张变形的金属弹性环，它被装配到剖面与其相应的环形槽内。
往复和旋转运动的活塞环，依靠气体或液体的压力差，在环外圆面和气缸以及环和环槽的一个侧面之间形成密封。
活塞运动细节图▼四冲程发动机工作动图活塞结构一般活塞都是圆柱形体，根据不同发动机的工作条件和要求，活塞本身的构造有各种各样，一般将活塞分为顶部、头部和裙部三个部分。
活塞结构图活塞顶部是组成燃烧室的主要部分，其形状与所选用的燃烧室形式有关。
汽油机多采用平顶活塞，其优点是吸热面积小。
柴油机活塞顶部常常有各种各样的凹坑，其具体形状、位置和大小都必须与柴油机的混合气形成与燃烧的要求相适应。
活塞头部是指活塞顶端和环槽部分，由活塞顶至最下面一道活塞环槽之间的部分称为活塞头部其作用是承受气体压力，防止漏气.将热量通过活塞环传给汽缸壁。
活塞头部切有若干环槽，用以安置活塞环。
汽油机活塞顶多采用平顶或凹顶，以便使燃烧室结构紧凑。
活塞裙部是指活塞环槽以下的所有部分称为活塞裙，它的作用是尽量保持活塞在往复运动中垂直的姿态，也就是活塞的导向部分。
FM活塞结构详解内燃机活塞分类1.按使用的燃料来分，可分为汽油机活塞、柴油机活塞、天燃气活塞。
2.按制造活塞的材料来分，可分为铸铁活塞、钢活塞、铝合金活塞及组合活塞。
3.按制造活塞毛坯的工艺来分，可分为重力铸造活塞、挤压铸造活塞、锻造活塞。
4.按活塞的工作状况来分，可分为非增压活塞和增压活塞两大类。
5.按活塞的用途来分，可分为轿车活塞、卡车活塞、摩托车活塞、船用活塞、坦克活塞、拖拉机活塞等。
活塞环材料
活塞环材料
活塞环是汽缸活塞和汽缸之间的密封件，用来确保汽缸内燃气的压力不会泄漏出来。
因此，活塞环材料的选择对发动机的性能和寿命起着至关重要的作用。
活塞环主要要求具有以下性能：
1.高温抗氧化性：活塞环在高温下工作，需要能够抵抗氧化，以延长使用寿命。
2.耐磨性：活塞环需要与汽缸壁有良好的密封，因此需要具备良好的耐磨性，以降低磨损对密封性的影响。
3.良好的弹性和弹性恢复性：活塞环需要具备较好的弹性，以确保在高温和高压力的工况下仍能保持良好的密封性。
4.低摩擦系数：活塞环材料需要具备较低的摩擦系数，以减少摩擦损失和能源消耗。
根据以上的要求，目前常用的活塞环材料主要有以下几种：
1.铸铁活塞环：铸铁活塞环具有良好的耐磨性和抗氧化性能，适合用于高温、高压力和高速运转的发动机。
2.钢铬活塞环：钢铬活塞环具有较好的耐磨性和抗氧化性能，但密封性能相对较差，适合用于高速运转的发动机。
3.铝合金活塞环：铝合金活塞环具有较低的摩擦系数和良好的弹性，适合用于高速运转和低温发动机。
4.硝化铁活塞环：硝化铁活塞环具有优异的耐磨性和抗氧化性能，可以用于高温高速发动机。
5.陶瓷涂层活塞环：陶瓷涂层活塞环具有较好的耐磨性能和抗氧化性能，但需要在特定的工况下使用。
综上所述，活塞环材料的选择应根据发动机的工作条件、性能要求和预期寿命来确定。
不同材料的活塞环各有优缺点，需要综合考虑各方面因素，并进行合理的搭配，才能确保活塞环的正常工作和长寿命。
活塞环的工作原理
活塞环的工作原理
活塞环是一种装置，安装在活塞的周围，起着密封气缸和导向活塞上下运动的作用。
活塞环通常由金属材料制成，经过精确的加工和热处理工艺，以确保其具有良好的耐磨性和耐高温性能。
工作原理如下：
1. 密封功能：活塞环的主要功能之一是在活塞与气缸之间形成密封，防止燃烧室内燃烧产生的高压气体泄漏到气缸外部。
活塞环与气缸壁之间形成一个紧密的密封界面，使气缸内的高压气体无法逸出，从而确保内燃机的正常工作。
2. 导向功能：活塞环还可以起到导向活塞在气缸内上下往复运动的作用。
它能够确保活塞在气缸内的准确位置，并且防止活塞在运动过程中产生偏斜或旋转。
这样可以保证活塞与气缸之间的间隙始终均匀，减少磨损。
同时，活塞环在高温条件下仍能保持稳定的形状，确保活塞的正常运动。
3. 冷却功能：在活塞上下运动的过程中，活塞环不仅要承受高温高压燃烧气体的冲击，还需要散发掉活塞表面产生的热量。
活塞环上的特殊结构和材料能够有效地将热量传导到活塞及气缸壁，并将其散发到周围环境中，以防止活塞过热而损坏。
综上所述，活塞环通过有效的密封、导向和冷却功能，确保了活塞在气缸内的正常运动以及内燃机的高效工作。
活塞环基本知识
活塞环基本知识活塞环是发动机的重要零件之一。
活塞环分为气环和油环两种。
活塞环的作用：密封气体；均匀分布气缸壁上的润滑油，并防止润滑油窜入燃烧室；导出活塞上的热量；支承活塞，防止活塞直接与气缸壁接触。
活塞环工作的好坏直接影响发动机的性能、工作可能性和使用寿命。
1 活塞环的作用1.1气环的作用气环起密封气体及导热的作用，其本身具有一定弹力。
将环压在缸壁上。
当发动机工作时，高压气体进入环槽，一方面将环压紧在环槽上，另一方面环背将更紧密地压在缸壁上起到更好的密封作用。
当气体通过第一道环隙窜入第二道时，压力已大大降低。
而且第二道环漏泄的气体极少。
为了进一步减少摩擦损失，有的发动机只采用一道气环。
第二道气环密封任务较轻，而且工作条件较一道好些。
为了避免机油窜入燃烧室，所以要求第二道气环除密封气体外，还有一定的刮油作用。
1.2 油环的作用油环的作用是将一定的润滑油均匀分布在缸壁上，防止润滑油窜入燃烧室并保证活塞环和缸壁的润滑。
油环要刮下缸壁上多余的油,须较大的径向力将环压在缸壁上。
由于环背没有气体压力的帮助，故环本身要具有较大的弹力及较小的接触面积，同时刮下的润滑油要能顺利地流回油底壳，所以油环槽背设有回油孔或切口。
2 活塞环的结构分析2.1活塞环各部分名称，如图1所示。
2.2切口形式活塞环切口基本上有3种形式：直切口、斜切口和梯形切口，如图2所示。
其中用得最普遍的是直切口。
二行程发动机为防止环切口与缸壁上的气口相碰，在切口处用销钉档住，不让环在环槽内转动，如图3所示。
2.3 常用气环断面形状气环断面形状如图4所示。
矩形环：断面呈矩形，制造简单，广泛采用。
锥形环：将工作面制成小锥度以提高表面接触压力，有利于是磨合密封，并有一定的刮油作用。
锥形环用肉眼不一定能看出锥角，所以一定要做标记，不能装反。
正确安装应是正锥形，其锥顶向上。
图4 常用活塞环的断面形状a)矩形环b)锥面环c)桶面环d)内切槽环e)下切槽环f)内伞环 g)双面梯形环h)单面梯形(楔形环)扭曲环：凡环内外切角、切槽均是扭曲环。
活塞环的材料
第二章活塞环得材料活塞环材料品种繁多、性能各异。
选择活塞环得材料要考虑其使用条件、性能要求与环别等因素。
一般说内燃机活塞环材料应满足下列要求;1在高温下具有足够高得机械强度;2 耐磨且摩擦系数小;3 不易产生粘着,容易磨合;4 加工方便,价格便宜。
这样,就要求活塞环材料应具有一定得强度、硬度、弹性、耐磨性(包括贮油性)、耐蚀性、热稳定性与工艺性等。
目前,活塞环材料主要就是铸铁,随着发动机得强化,出现了从灰铸铁过渡到可锻铸铁与球墨铸铁以及钢材得趋向。
常用得材料与性能见表2-1。
表2-1 活塞环常用材料及性能材料硬度弹性模量㎏/mm2许用应力(㎏) 推荐使用范围工作应力安装应力灰铸铁合金铸铁亚共晶铸铁球墨铸铁碳钢马氏体不锈钢奥氏体不锈钢HRB 95~106HRB 98~108HRB 98~108HRB 100~110HR30N68~72HRC 38~44HR30N 59~679500095000110001550020000200002000025252840505050505580100100压缩环油环压缩环油环压缩环油环ISTIST OIL刮片环IST钢带衬环活塞环得材料主要就是灰铸铁、合金铸铁与球墨铸铁,其材料得成份与性能:1 灰铸铁:其化学成份按活塞环尺寸大小、铸造方法而变化。
含C:3、5-3、75% Si:2、2-2、75% Mn:0、6-0、8% P:0、3-0、8% S:小于0、10%。
含少量铬、钼或钒等合金元素,其性能、抗弯强度30㎏/㎝2以上,硬度HRB94-107,弹性系数8000-11000㎏/mm2弹力衰减率(300℃×2小时)在10%以下。
2 合金铸铁:为了改进铸铁得基体组织,在铁水中另加铬、钛、钨、钒、铜、镍等元素即为合金铸铁。
其硬度比灰铸铁高、耐热性好、弹力衰退小等优点。
3 球墨铸铁:就是将超共晶组织铁水,经镁、铈或钙处理而制成,主要优点就是抗弯强度高达80-120㎏/mm2,比普通铸铁高一倍以上。
活塞环的材料
活塞环的材料活塞环是内燃机中的重要零部件，其材料选择对于发动机的性能和寿命有着至关重要的影响。
活塞环通常由金属材料制成，常见的材料包括铸铁、钢铁、铝合金等。
不同的材料具有不同的特性，下面将对活塞环常用的材料进行介绍。
首先，铸铁是活塞环最常用的材料之一。
铸铁具有良好的耐磨性和耐高温性能，适用于高压缩比的发动机。
同时，铸铁的成本较低，制造工艺成熟，易于加工和制造，因此在大多数发动机中都可以见到铸铁活塞环的身影。
其次，钢铁活塞环具有更高的强度和硬度，能够承受更大的压力和摩擦。
钢铁活塞环的耐磨性能更好，寿命更长，适用于高性能发动机和高转速发动机。
然而，钢铁活塞环的制造成本较高，加工难度也较大，因此在一些低功率发动机中并不常见。
另外，铝合金活塞环因其重量轻、导热性好的特点，逐渐在一些高性能发动机中得到应用。
铝合金活塞环的密度较低，能够减轻活塞组件的质量，降低惯性，有利于提高发动机的转速和燃油经济性。
同时，铝合金活塞环的导热性能优异，能够有效地带走活塞和活塞环的热量，有利于发动机的散热和稳定工作温度。
除了上述常见的材料外，还有一些新型材料也开始在活塞环的制造中得到应用，如陶瓷活塞环、涂层活塞环等。
陶瓷活塞环因其优异的耐磨性和高温性能，被广泛应用于一些高端发动机中，能够有效地提高发动机的使用寿命和可靠性。
涂层活塞环则是在常见材料的基础上进行表面处理，通过涂覆特殊的涂层来提高活塞环的耐磨性和摩擦性能，延长其使用寿命。
综上所述，活塞环的材料选择直接影响着发动机的性能和可靠性。
不同材料具有不同的特性和适用范围，制造商需要根据发动机的具体要求和工作环境来选择合适的活塞环材料，以确保发动机的稳定性和可靠性。
希望本文对活塞环材料的选择有所帮助，谢谢阅读！。
活塞环知识及相关故障分析
活塞环简介 活塞环的功能 活塞环相关参数及性能 活塞环常见的截面形状及功用 典型活塞环材料 表面处理工艺 活塞环的生产工艺 发动机常见故障分析
活塞环简介
活塞环分为气环和油环，气环的主要作用是密封和传热，保证活 塞和气缸壁的密封。油环的主要作用是刮除飞溅到气缸壁上的多 余的机油，并在气缸壁上涂布一层均匀的油膜。 根据活塞环的功用及工作条件，制造活塞环的材料具有良好的耐 磨性、导热性、耐热性、冲击韧性、弹性和足够的机械性能，目 前广泛应用的活塞环材料又优质铸铁、球墨铸铁、合金铸铁和钢 带等。 第一道活塞环外圆通常间隙镀铬或喷钼处理。多孔性铬层硬度高， 并能储存少量的机油，可以改善润滑减轻磨损。其他各道活塞环 大都采用镀锡或磷化处理，以改善其磨合型。钢带组合油环的上 下刮片，其外圆面均进行多孔性镀铬。
冷却系统原因 冷却水不畅或堵塞，摩擦面温度过高，机油粘度下降而导致油膜 破裂 活塞冷却程度不够，活塞组温度过高 机油冷却效果差，机油温度过高 进排气系统原因 空滤器失效，大量灰尘进入燃烧室，造成剧烈的磨料磨损 进排气不正时，燃烧不充分，产生大量的积碳 润滑系统原因 机油滤清器失效，机油中夹杂大量杂质颗粒 机油泵故障，机油压力过高，润滑失效 油道堵塞，摩擦面润滑油量不足
活塞环偏向磨损
活塞原因 销孔中心线与活塞中心线不垂直，活塞作偏缸运动，导致活塞环 偏向磨损 环槽平面与活塞中心线不垂直，活塞环受偏向力作用 连杆原因 连杆弯曲变形，活塞作偏缸运动导致活塞环偏向磨损 连杆大头孔中心线不平行，活塞环作偏缸运动，导致活塞环偏向 磨损 连杆大头与曲轴配合间隙过大，活塞作偏缸运动，导致活塞环偏 向磨损 缸套 因安装及热应力变形失圆，导致活塞环偏磨。 缸套定位台阶与缸套中心线不垂直，作偏缸运动。
活塞环材料
0.35％~ 0.5％
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铁HBS200~280。同一根活塞
环上的硬度差应不大于5个布
氏硬度单位。
2
3. 金相组织 基体组织应为细片状珠光体结构或索氏体状珠光体结构。二元磷共
晶（ αF+F3P）呈网状均匀分布，三元磷共晶的大块面积小于500 μm2，不允许游离的渗碳体存在。 9.1.2 活塞环的主要技术要求 1. 尺寸精度、形状精度 活塞环高度按h6制造，径向厚度t 按h8制造。 2. 活塞环两端面位置精度 对活塞环两端面的挠度要求为： 缸径≤200mm者，不大于0.05mm；缸径＞200~600 mm，不大于 0.08mm；缸径＞600mm者，不大于0.10mm。
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6. 镶嵌处理 在活塞环滑动表面上开一道或数道槽，配以适量的固体润滑剂和耐
热性的结合剂喷填于槽内，加热硬化，这就是四氧化三铁的镶嵌。 这种环具有提高初期磨合性和滑动性及减少磨耗的特性。 7. 激光处理 激光处理是在原铸铁活塞环的表面施以激光扫描而获得硬化的新技 术。激光带在活塞环高度方向分为三个区：中部为熔化区，其组织 为枝状分布的莱氏体，莱氏体的共晶组成物是马氏体和硫化物，硬 度为HV640~1000；相变区主要是马氏体，其次是硫化物、石墨和磷 共晶，硬度为HV540~780；两端为原始区，硬度与处理前一样。激 光处理的活塞环耐磨性优于铸铁活塞环，在初期磨损中次于镀铬活 塞环。在初期磨损之后，激光处理的活塞环耐磨性则达到甚至超过 镀铬活塞环。
ao (0.10 ~ 0.30)D
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4
检验弹力的方法有两种：第一种是以力F直接作用到活塞环上。方 向垂直于通过开口间隙的直径，使环闭合到工作开口间隙；第二 种是用软钢带绕环一周，使其闭合到工作开口间隙，此法比前者 为优。此时切线方向上作用力为Q，则Q与F有如下关系：
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活塞环的基本材料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。
在欧洲轿车柴油机，即升功率大于50kW/的高负荷发动机上，第1道压缩环必须使用牌号为52/56的球墨铸铁，第2道环采用牌号为32的调质耐磨灰铸铁。
通过采用强化的球墨铸铁（GOE56)或含铬18％铬钢来改善活塞环侧面特别是上侧面的耐磨性。
当然，特别是在环轴向高度低的情况下，钢环包含着环槽磨损增大的风险，但是在每种情况下槽和环侧面总磨损量的差异并不大。
在柴油机上，由于活塞环的轴向高度较高，其材料向钢变化的倾向并不明显。
这一方面是因为铸铁环和环槽镶圈材料之，间的材料配对非常好，另一方面是因为铸铁材料具有非常良好的加工性。
原则上，商用车柴油机第1道压缩环使用球墨铸铁已有非常丰富的经验，这从球墨铸铁环在欧洲柴油机上占有很高的分额就反映出来了。
但是，自从上世纪60年代以来，具有非常低轴向磨损的含铬18％铬钢镀层压缩环在商用车柴油机上的应用也具有相当丰富的批量生产使用经验。
此外，随着气缸爆发压力明显超过20MPa，可望钢活塞环的应用会有所增长。
2.活塞环的结构型式汽车汽油机第1道活塞环100％采用矩形环，其工作表面根据有关机油耗和曲轴箱通风方面的要求，采用对称球形、单边球形或锥形。
大约30％的欧洲轿车汽油机，为了改善机油消耗，工作表面不是带有单边鼓形度就是带有锥度。
轿车柴油机大部分第1道活塞环同样也采用矩形环。
在最近25年内，轿车柴油机第1道活塞环采用双梯形环的份额稳定在大约30％。
随着气缸直径的增大，由于燃烧侧的影响，双梯形环的份额也随之增加（图2）。
3．活塞环的轴向高度在最近20年过程中，全世界汽油机第1道压缩环明显趋向于低轴向高度。
由于发动机转速的提高和由此而导致的活塞质量的减轻或尺寸的缩小，活塞环高度的降低在技术上是必要的。
对于第1道活塞环必须应用轴向高度低的环而言，开发氮化钢环是一个前提条件。
当今开发汽油机时，1.0mm和12mm环高是第1道活塞环优先选择的尺寸，而第2道活塞环优先选择1.2~1.75mm。
而在柴油机上，由于气缸爆发压力大大升高，不会出现活塞环轴向高度降低的趋势其中活塞环高度的降低很可能出现在缸径小于75mm的柴油机上，而在商用车柴油机上，甚至于由于爆发压力升高而倾向于加大活塞环高度。
当考虑到应用轴向高度低的活塞环对降低摩擦功率有相当作用时，要特别注意对轴向耐磨性可能产生的影响。
工作表面的耐磨性在现代喷油和燃烧策略下，第1道活塞环承受着明显提高的热负荷和工作负荷，因此通过下列方法改善活塞环工作表面的强化是开发工作的重点。
1．电化学镀层现在，标准硬铬镀层优先选择用作第2道环和刮油环的耐磨层，这种多年来有效应用的铬碳化物层（CKS），由于其具有较高的热负荷承载能力和良好的耐磨性，与现代高负荷柴油机的开发成果卓有成效地结合起来。
为了满足更高的要求开发了一种新的镀层方法，这种镀层是在硬铬基体上由特殊的组织形成的极细微的裂纹网格中,牢固地固定着密集的极小的金刚石微粒。
这种铬金刚石镀层在欧洲被命名为GDC，是目前市场上众所周知的镀层中自身磨损最低的。
这种GDC镀层能形成尖锐的环下工作棱边，从而成为在高热负荷承载能力和耐磨性基础上降低机油耗和曲轴箱通风的一个要素，并以其，有利的综合性能为未来新一代发动机提供了一种创新的技术。
由于这种电化学镀层方法具有相对较高的析出率，因此在技术方法上具有很大的吸引力。
在电化学镀层方面，针对新材料组合和表面金相组织，旨为进一步提高铬基体镀层的热负荷承载能力，欧洲的一些活塞环专业公司进行了长期卓有成效的研究工作，而在系统磨损和效率方面并无重大的缺陷。
2．热喷镀多年来，在内燃机上热喷镀用于压缩环，特别是等离子喷镀中陶瓷占了很大的份额。
应用陶瓷喷镀非常有利于减少因环和气缸壁之间大大增加的粘连磨损而引起的烧损痕迹，但是它并不适合于能促使进一步改善耐磨性的硬质合金类组织的析出。
为此，开发了高速火焰喷镀(HVOF)技术，它能将超声波火焰中的粉末状碳化铬，碳化钨材料和金属状镍一铬一钼合金植入和烧结在活塞环工作表面，这是在大约3000℃的适宜温度下进行的，这样就在镀层中的内部压应力下，形成埋入镍-铬-钥基体中的亚微观碳化物。
这种镀层具有多孔性、最高的附着强度和750---1000HV硬度。
除了陶瓷镀层组织改善抗粘连烧损性能之外，以辉门公司MK-Jet商标使用的HVOF镀层具有出众的耐磨性，其磨损要比等离子喷镀降低30%~40%。
3.氮化层在高铬合金马氏体钢上形成氮化层，由于边缘区域的硬度明显提高以及随之而来的特殊氮析出物，使活塞环一气缸套镜面副的磨损损害大大降低。
特别是，氮化工艺过程的发展使得有可能针对性地控制氮化层的形成，这对氮化层应用的不断增长具有决定性的意义。
通过环整体的氮化层提高了环侧面的耐磨性，加上环槽镶圈侧面的超精磨光达到了活塞环侧面与环槽侧面的良好协调性，已经证实这样是十分有利的。
但是，氮化钢环的耐磨性及其相对较低的热负荷承载能力，对应用于现代柴油机第一道活塞环而言，一般来说是不够的。
4．物理蒸汽沉淀（PVD）镀层最新一代的活塞环镀层是按物理蒸汽沉淀（PVD)法制造的。
原则上，这种主要在铬氮（CrN)基础上．形成的镀层的性能特点是1800和2000HV之间极高的硬度、低的摩擦系数和陶瓷结晶体组织，因此这种CrN镀层显现出了低的磨损率和高的化学稳定性。
但是，由于这种从称之为簿层技术衍生而来的镀层工艺，使得PVD镀层在活塞环上的应用受到了限制。
已经发现，在镀层厚度超过50μm的情况下，由于极高的镀层内应力，出现了镀层的附着和裂纹问题。
要解决这些难点要求用钢作为PVD镀层活塞环的基体材料，同时为了减少镀层与活塞环基体材料之间的内应力，活塞环基体材料应进行氮化。
通常，用于汽油机时的镀层厚度为10-15μm，而在柴油机上，由于引起磨损的负荷较高，镀层厚度选用30-50μm为宜。
5．镀层的性能和市场展望图6表示镀层相对耐磨性的比较。
GDC工作表面镀层的磨损率是迄今为止最低的。
特别是对柴油机而言，热负荷承载能力／抗烧损能力是必需的，而铬氮和氮化钢环不能满足现代柴油机的要求，因此通常不使用。
高负荷承载能力镀层的试验表明，在目前典型的发动机应用中没有明显的差异，仍然能根据所能达到的极限负荷来作出有关镀层热负荷承载能力的结论。
CKS镀层满足了目前批量生产的要求，并能通过GDC来扩大其应用范围。
MK-Jet和PVD性能处于镀层分级的上好水平。
氮化钢环自从在欧洲汽油机上使用以来，在上世纪90年代初期是确保功能的非常可靠的零件。
通过用CKS或PVD方法附加镀层有可能提高到所要求的抗烧损能力。
为了在柴油机上的应用，很早期就已采用的措施仍是必要的，以便达到所要求的耐磨性和抗烧损可靠性。
在上世纪90年代初，继续推广应用的铬镀层已达到了热负荷承载能力的极限。
虽然等离子镀层具有抗烧损能力，但是却引起了明显的气缸套镜面的楔形磨损，而CKS镀层的开发成功使抗烧损可靠性得到了大幅度的提高。
即使升功率不断地提高，用这种镀层至今仍能在保持低的气缸套磨损的同时，继续确保必要的抗烧损可靠性。
铬金刚石镀层GDC使活塞环工作表面电化学镀层的应用范围得以扩大，以满足未来期望功率进一步提高的需要。
活塞环工作表面的设计特别是第一道活塞环工作表面的设计在柴油机上越来越重要。
第一道活塞环工作表面采用单边鼓形设计已经有20多年，对欧洲柴油机而言已是一种标准设计。
下工作边旁的微小鼓形度在功能上起着重要的作用，同时对大量生产的现代制造技术提出了极高的要求。
为了获得最佳的刮油性能，一流的活塞环工作表面设计应带有尽可能尖锐的下工作棱边。
与不加工的倒圆的工作边相比，采用尖锐的基体材料工作棱边的活塞环设计能改善机油耗，最大可达到60%。
贴合能力弹簧涨紧的刮油环的贴合能力取决于其横截面和所调整的切向力，而常规的等宽单体压缩环的贴合能力的额定值则首先决定于开口宽度。
在一定的几何尺寸下，无论是装配应力还是弹性应力都是由开口宽度产生的，因此由合适的应力状况和可装配性为贴合能力确定了相对窄的范围。
单体环的贴合能力在整个圆周上是不均匀的，特别是在环开口对面达到最大值。
由于在开口端部没有弯曲力矩，因此该处的贴合能力降至零。
图9表示出常规活塞环和一种FO（形状优化）环在整个圆周上贴合能力的比较。
图10所示的FO环通过靠近开口处径向宽度的可变设计得到了形状优化的活塞环，从而改善了活塞环的局部弯曲能力和对气缸不均匀变形的适应能力。
迄今为止在汽油机和柴油机上的试验结果已证实了降低机油耗的巨大潜力。
为了换用FO环方案，开发了一种全新的制造方法，并于2005年第一季度首次大量生产装用FO活塞环。