现代车用柴油机主要部件的金属材料
2019-12-10 来源：-- 作者：刘道春
省油、废气排放少、比功率大、转矩高,优良的行驶性能越来越变成人们对车辆的不懈追求。于是,在安全、环保、节能和舒适性等方面的强烈要求下,现代车用柴油机日益成为人们关注的热点。现代车用柴油机的应用越来越广泛,尤其是高速、直喷柴油机在现代轿车上的使用与日俱增。基于这一现实及柴油机前景预测,当前世界各国都把开发、研制满足发展要求的现代车用柴油机主要部件的新结构、新材料、新工艺技术作为柴油机发展和科研的重大课题和技术竞争的重要焦点。
1.现代车用柴油发动机上的金属材料概述
世界运输车辆发动机发展的总趋势是轻量化,以达到节能降耗的目的。现代车用柴油发动机质量减小，能耗就会下降，废气排放减少，有利于改善人类生存环境。来来车用柴油发动机不管选用何种动力驱动，都必须轻量化。轻量化、节能降耗和降低排放污染是发展现代车用柴油发动机的三项战略性课题，其中发动机的轻量化是关键。
现代/起亚公司为了重点满足高级SUV车的要求，新开发了一款3.0LV6柴油机，其有效功率为SUV车提供了良好的行驶舒适性，并达到欧Ⅳ排放标准。通过燃烧和废气后处理方案的优化，其发动机的基本设计方案可成为未来达到欧Ⅴ排放标准的基础，同时为了满足美国US-Tier-2-Bin-5排放标准限值的要求，正在开发采用尿素喷射的NOx废气后处理系统(SCR)。
这款新的S系列V6-3.0L柴油机具有竞争力的功率值；具有宽广的扭矩范围,以获得突出的动力性能和灵活性；在降低单位功率重量的同时，具有低的噪声；具有竞争力的低燃油耗。现代(Hyundai)2007款iX55车和起亚(Kia)2008款Mohave车进入市场。为了满足在进一步降低发动机重量的同时提高功率和降低噪声的要求，曲轴箱材料选用蠕墨铸铁(致密石墨铸铁；CGI)。这种材料具有极佳的强度和疲劳极限，因而允许采用较薄的壁厚，在降低重量的优化设计中具有更大的自由度。为了能胜任诸如具有竞争力的功率值、低燃油耗和高的声学舒适性等高目标的要求，该款柴油机配备了具有技术含量的基础发动机部件。所采用的柴油机微粒捕集器应用了能提高灰分存储能力的新型非均匀蜂窝状载体技术(ACT)，而其表面有贵金属涂层，能够在汽车正常行驶范围内实现自动再生。在功率明显较高并要求固体声辐射较低的情况下，要同时满足在降低发动机重量方面大多相互矛盾的要求，新型V6柴油机采用蠕墨铸铁(CGI)作为气缸体材料。蠕墨铸铁(CGI)具有较高的疲劳强度极限值,恰好能够使得诸如主轴承框架底座这样的危险应力区域在气缸爆发压力提高的情况下仍具有较高的疲劳强度。
发动机金属材料是车辆设计、品质、质量及竞争力的基础，车用柴油发动机技术的发展在很大程度上 取决于发动机金属材料的发展。今后相当长的一段时期内，车用柴油发动机用材料将紧紧地围绕着环保、节能、安全、舒适性和低成本这五个主题展开，因而车用柴油发动机金属材料的发展也更加多样化、多元化。其中轻量化的要求更为突出，使之材料构成有了明显变化。这几年，铝合金、高强度钢、合成塑料、复合材料和陶瓷在车用柴油发动机中的应用越来越广泛。当前国内外重点材料的开发方向是：铝合金、锰合金、钛合金、高强度钢、复合材料(如金属基复合材料)等。随着现代科学技术的迅速发展，对车用柴油发动机的要求越来越高。而轻量化、低成本和低排放污染的要求，更使发动机用金属材料不得不兼顾多方位的要求。具体地说，车用柴油发动机要满足动力性、燃油消耗、废气排放、舒适性、低制造成本和维修费用的要求。开发和应用金属材料是实现这些多方位要求的主要途径。
2.汽缸体和缸套的材料
汽缸体作为发动机中最重要的部件之一，其尺寸较大，结构复杂，壁厚较薄又很不均匀(最薄处仅为3mm～5 mm),而且在高温、高压及润滑条件不良且有固体微粒和腐蚀介质工况条件下作高速相对运动,零件内部产生很大的机械应力和热应力,同时承受强烈的摩擦磨损。因此，要求汽缸体材料具有良好的综合性能，即应具有良好的强韧性、导热性、耐磨性、耐蚀性、加工工艺性能和经济性。另外，对材料的再循环性及环境保护的因素在国外也是要考虑的重要方面。
灰铸铁汽缸体材料：灰铸铁由于具有良好的铸造工艺性能和机械性能，优越的耐磨性、减振性和导热性，而且生产方便，价格便宜，在很多工业领域的铁系零件中被选定为复杂形状零件的首选材料，特别是交通运输行业用作制造发动机的材料。尽管在现代出现了众多代用的新材料，但它仍是广泛用于各个工业领域的重要材料。铸铁铸件一般占各类铸件总产量的75%以上；而灰铸铁件产量又占铸铁件总产量的75 %以上。灰铸铁的铸造性能，尤其是它的缺口敏感性、减震性及耐磨性是其他材料不可取代的。由于市场的激烈竞争，对铸铁材质的要求愈来愈高，随着现代科学技术的进步和对节能要求的提高，于是能提高性能、减轻质量、降低能耗及降低成本的高强度薄壁灰铸铁件就成为国内外研究者们进行研究的一项重要内容，并在车用柴油发动机等薄壁复杂件生产中得到广泛的应用。
国外对缸体的材质基本上已规范化，一般采用相当于我国的HT250或更高牌号的低合金铸铁，金相组织为98 %以上的珠光体；为保证良好的铸造工艺性能，在化学成分的控制上采用较高的碳当量，在化学成分中绝大多数含有Cr 0.15 %～0.40%和Cu 0～0.8%，有的还含有Mo、Ni、Sn等元素，以提高铸件本体的强度、硬度及其均匀性以及薄断面处的珠光体量(一般大于95 %)，铸件本体检测点硬度以185HB～235HB居多，很少低于180HB，厚薄处的硬度差小于30 HB。灰铸铁的金相组织是影响其性能的主要因素，特别是灰铸铁中的C元素的形态直接影响到灰铸铁作为汽缸体材料时的性能，当C元素以石墨形态出现时，由于石墨本身就是优良的润滑材料，因而能改善摩擦磨损性能，但由于片状石墨的缩减和切割作用，直接影响灰铸铁的机械性能，因此，国外绝大多数工厂对石墨形态控制较严，基本上为A型2级～3级，只允许有少量的B型和D型石墨出现。
蠕墨铸铁汽缸体材料：铸铁机械性能的高低，是由其金相组织所决定的。由于灰铸铁中的片状石墨长且薄，表面平坦，端部尖锐，在承受负荷时，尖锐的端部易产生应力集中，成为铸件破坏的起点，造成铸件的强度和韧性下降；石墨虽然是优良的固体润滑剂，能防止剧烈的磨损，但其平坦的表面易造成石墨脱落，同时尖锐的端部产生裂纹扩展，反而会引起磨损的加剧，所以片状石墨的存在，使得为了满足更高的使用要求而继续提高灰铸铁强度、韧性和耐磨性变得极为困难。因此，从某种意义上来说，石墨的形态决定了铸铁件的性能。为迅速提高汽缸体的性能，近年来，从改善石墨形态的目的出发，蠕墨铸铁引起了国内外高度重视。
蠕墨铸铁的石墨形状与片状石墨相比，其长度较短而厚，端部较圆，长厚比在10以下(灰铸铁一般为50～100)，且表面粗糙，较圆的端部能抑制裂纹的发生和扩展，粗糙的表面能限制石墨的脱离。这种独特的石墨形状，与灰铸铁相比，能大大提高抗拉强度、疲劳强度、弹性模量和耐磨性等性能。
汽缸体与曲轴箱的轻量化材料：汽缸体是发动机里最重的零件，采用轻质的材料可以大幅度减轻发动机的重量，压铸铝是首选的新型机体材料。由于机体采用了铝合金，故主轴盖底座不必另外考虑，而是采用整体框架式结构。采用压铸铝整体框架式主轴承盖底座，可以降低制造成本、便于安装、减少噪声辐射。来自美国汽车界的研究表明，高硅铝合金比含铜的过共晶铝合金更有竞争力。因为高硅铝合金材料具有疲劳强度高、耐磨性好、抗缸孔变形能力强、重量轻和导热性好等优点，制造方面具有制造成本低、铸件质量更好及机加工性能和刀具寿命高等优点。
3.汽缸密封垫的材料
密封垫汽缸垫位于汽缸盖与汽缸体之间，对整个汽缸系统的密封起着重要的作用。新型车用发动机汽缸垫，正向着采用轻型结构、减小厚度、减小压紧预紧力和汽缸变形，提高匹配性能和密封效果等方向发展。
根据发展趋势，德国Elring公司开发了如下三种新型汽缸垫。
FW(钢板-软材料)汽缸垫。目前这种汽缸垫在欧洲几乎已用于所有的车用发动机。该结构包括一个插入的支撑钢板，两边是软材料覆盖层。为了提高燃烧室压力和防御燃烧气体在燃烧室区域燃烧,设置了金属镶边。软材料由非石棉材料(纤维、填料、黏结介质和疏水的掺和剂)制成。这种汽缸垫具有较高的耐高温稳定性、优良的匹配能力、良好的回弹能力以及较强的抗机油和冷却液的化学稳定性。
MLC(金属-涂层)汽缸垫。近十年来，ELring公司将该汽缸垫用于批量生产的载重汽车和轿车发动机上。该汽缸垫为多层特殊.金属涂层的组合，轿车发动机汽缸垫是由多层钢板组成的，根据其层数汽缸垫厚度至少为0.45mm。涡流室式柴油机汽缸垫厚度应不小于0.85 mm。钢板一般采用奥氏体弹簧钢制造,板厚在0.10～0.30mm范围内，其中间层和燃烧层密封部位采用不锈钢或耐腐蚀的镍铬钢。为了确保金属层相互间密封以及曲轴箱和汽缸盖的密封，需要采用薄的、具有弹性和良好适应性的涂层，弹性涂层能够在安装后保持微观密封作用，其厚度取决于零件表面结构及表面粗糙度；每层间的涂层厚度约为5～10μm，而顶层上表面涂层约为10～25μm。目前所采用的材料为氟胶(FKM)和氮化胶(NBR)。
ME(金属-弹性体)汽缸垫。该汽缸垫可形成新的密封压力分配形式，即用弹性体材料密封整个流体通道只需很小的压力，这样，缸盖螺栓拧紧力矩主要由燃烧室密封所需的压力决定。与全平面的有效密封系统相比，能减少拧紧力矩30%。这种汽缸垫采用一个金属层，两边设置弹性体结构，其特点为：采用弹性体为密封媒介，密封接触面压力小，发动机部件与弹性体表面具有良好的匹配性；密封断面具有高的反弹率；可用于密封间隙变化的部位。它特别适应轻型结构发动机。
4.活塞和活塞环的材料
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能。现代车用柴油发动机的活塞多采用铝合金作材料。其主要优点是质量轻、导热性能好。活塞与活塞环是一对摩擦副。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。
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，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。
以铝合金为主流活塞材料应具有低密度、高导热性、高温疲劳强度、低膨胀系数、减磨性能和良好的工艺性能。除铝合金，能同时满足以上要求的材料极少，所以至今活塞材料的主流还是铝合金。尽管如此，具有分散颗粒的陶瓷材料和骤冷凝固粉末的高强度铝材是目前有前途的活塞材料。上述各种性能的兼容性、制造成本和工艺上暴露出来的问题是活塞新材料应用的主要阻力。活塞的改进主要在结构和工艺两方面。例如改变加强筋的形状、环槽的表面粗糙度等，以改变活塞工作时的应力分布、温度场和耐磨性。
5.曲轴和主轴承盖螺栓的材料
曲轴是发动机的“脊梁”。曲轴形状复杂、受力复杂、应力集中严重，要求尽可能高的弯曲刚度和扭转刚度，同时轴颈在很高的比压下发生滑动摩擦。因此曲轴应同时满足高强度、高刚度、耐磨和轻巧的要求，然而这些要求是矛盾的。曲轴也是发动机中较重的零件之一，减轻曲轴的重量具有很大的诱惑力。但曲轴特殊的结构和工作状况、对刚度的要求及其在发动机里的重要地位，材料的变更始终未能超出普碳钢、合金钢、微合金钢和铸铁的范畴。减轻重量、降低成本和提高性能的方式主要是通过改变结构和工艺来实现，例如采用空心曲轴结构、过渡圆角滚压强化等。发动机在较长的一段时间内曲轴材料仍不会有很大的变化。
锻钢曲轴：热处理锻钢曲轴，这类曲轴多采用精锻中碳钢或中碳合金钢，需要采用调质(或正火)热处理来提高强度并改善加工性能。锻造曲轴由于需要热处理，工艺较复杂，需要时间多，而且能源消耗较大。微合金非调质钢曲轴是近年来发展起来的新钢种，通过添加V、Nb、Ti等合金元素细化晶粒，强化钢的基体，提高钢的强度。其优点是可省去调质(或正火)处理工艺，具有明显的简化工艺、节时节能效果。同时可改善切削加工性能，与调质钢相比可降低成本11%～19%。国外汽车应用微合金非调质钢曲轴已十分广泛，德鲁的Benz、意大利的Fiat、美国的Ford、日本的三菱和丰田汽车公司都有部分汽车发动机曲轴采用非调质钢。
球墨铸铁曲轴：球墨铸铁比钢轻约10%,无残留应力,加工时产生的缺陷少,面且球墨铸铁减振性、耐磨性、对缺口敏感性等优于锻钢。铸造曲轴与锻造曲轴相比,可使连杆轴径中空,减轻回转质量,且可减少轴拐角处的应力集中。球墨铸铁曲,尤其是铸态球墨铸铁曲轴，具有生产工艺简单、能源消耗少、生产成本低、生产效率高等优点。球铁要取代锻钢，重点是提高韧性，尤其是动态韧性,可采用如下方法：尽量降低有害杂质含量；球化或钝化、分散弱相(如石墨)以减小应力集中系数；生成或引入韧性好的不连续组织来提高性能。
球铁材料过去一直采用正火来提高强度。随着生产技术的成熟，铸态珠光体球墨铸铁曲轴逐步代替了正火球墨铸铁曲轴。由于石墨球数增加、基体组织全为珠光体，因而铸态下就能获得较高的机械性能。铸态曲轴不需正火热处理，这样不仅简化生产工序、降低能源消耗和生产成本，还避免了人为因素产生的内应力，从而减少了曲轴在切削加工后进行表面淬火强化处理时的变形倾向。目前，球铁取代锻钢的最大障碍就是强度和韧性有限。但是随着高强度-高韧性球铁，尤其是奥氏体等温淬火球铁技术的日趋成熟，凭借其高强度、高韧性、成形性能好、成本低、综合机械性能优良等诸多优点，必将在更大范围内取代锻钢。
主轴承盖螺栓的材料：一般发动机的主轴承盖螺栓采用中碳合金钢制造的螺栓。采用压铸铝整体框架式主轴承盖底座后出现轴承间隙随温度升高而增大的新问题，为此采用奥氏体耐热钢来制造主轴承盖螺栓，但会使成本提高。奥氏体钢的热膨胀系数比铁素体钢大，可以使温度时效的影响减少约50％，从而可能减少螺栓的预紧力。因此可以使螺栓的强度级别降低，可用8.8级的奥氏体钢螺栓替代10.9级的中碳钢螺栓。连杆螺栓工作时受到交变载荷的作用，处于疲劳应力状态，它的尺寸受到限制，又有严重的应力集中，而它的破坏又会引起整个发动机的重大事故。所以，连杆螺栓是发动机里级别最高的螺栓，通常为12.9级。通常连杆螺栓的材料是中碳合金钢。连杆螺栓追求的是提高预紧力和疲劳强度，因此改善螺栓形状、制造工艺和装配工艺成为提高螺栓紧固效果和疲劳性能的主要手段，例如进行柔性结构设计、先调质处理再搓丝、用扭矩-转角法装配等。目前尚无更合适的材料替代中碳合金钢制作连杆螺栓。
6.连杆材料
连杆主要承受气体压力和往复惯性力所产生的交变载荷，因此连杆必须具有足够的疲劳强度与刚度。同时,为了减少惯性力，连杆的重量应尽可能地轻。长期以来连杆使用的材料是中碳钢、中碳合金钢或铸铁。当然最理想的是高比强度的轻质材料钛合金，但目前限于成本昂贵,钛合金连杆仅用于赛车发动机上。近年来连杆材料发生不少变化,如粉末冶金和裂解连杆用高碳钢用于大规模生产。这既是对传统连杆用材料的挑战，也是降低成本的有效途径。使用温压粉末冶金可使连杆的总成本降低30％，使用裂解连杆用钢则可降低11％ 的总成本。
目前，主要汽车厂家都在考虑变换连杆材料以代替传统的连杆材料。美国杜邦公司和克莱斯勒汽车厂合作开发出刚玉纤维增强铝锂合金基复合铸造的汽车连杆，其重量轻、强度好，抗拉强度达560MPa，而且膨胀系数小，对提高发动机效率极为有利，其刚度、强度和疲劳极限都能满足高性能汽车的材料要求。
粉末冶金连杆：温压粉末冶金克服了传统粉末冶金密度低、成本高的缺点，将提高零件的密度，生产成本较传统的低。温压工艺中使用润滑剂以降低粉末之间的摩擦力、减小压制过程中的颗粒重排阻力、提高密度。温压技术的出现为制造高性能粉末冶金压制连杆提供了新的契机，它不但可以有效提高粉末冶金压制连杆的密度，而且可以使烧结态连杆获得足够的使用性能，免去普通粉末冶金工艺后期的热处理工序。发动机试验结果表明，温压-烧结连杆的使用性能和模锻粉末冶金锻造连杆相同，并且有效降低了连杆的制造成本，其温压温度为1130℃时的烧结密度达7.4g/cm。在烧结状态下，抗拉强度为1050MPa，屈服强度为560MPa，抗压屈服强度为750MPa，对称循环抗拉疲劳强度为320MPa，标准差仅为±10MPa。温压提高了密度，使压坯有足够的强度满足去毛刺、钻孔、攻螺纹等机加工的要求,以及有望直接对连杆压坯大头进行裂解处理。
裂解连杆：20世纪90年代中期，国外钢厂与汽车厂合作开发了裂解连杆用钢。这种钢在成本与性能方面都有较大的优越性，锻造后空冷而无需热处理，裂解后连杆本体与连杆盖的接触面不需要机械加工，节约了加工费用，装配后连杆本体与连杆盖的裂解面紧密接触并互相锁定，防止它们之间的相互移动，提高了曲轴零件的刚度，改善了发动机性能。迄今为止，德国有60种发动机采用这种钢生产连杆。一汽-大众的“捷达”轿车发动机连杆也是用这种钢生产的。裂解连杆还有一个优点就是尺寸不受限制，从摩托车发动机连杆到重型载货车发动机连杆均可采用不同类型的裂解连杆钢。裂解连杆用钢要同时满足三个要求。一是要保证锻造空冷后有足够的强度，以满足连杆使用性能的需要。二是要保证连杆裂解后有最小的塑性变形和装配时曲轴孔的圆度符合规定的要求。三是要保证有良好的切削加工性能，可切削加工性能不能低于原用的中碳钢。因此，裂解连杆用钢的碳含量要从一般连杆用钢的0.45％提高到接近0.7％左右。这样锻造空冷后的金相组织全部为珠光体，而且裂解后的塑性变形最小。但碳含量提高后，钢材的淬透性能也会随之提高。若保持原来的锰含量不变，锻造空冷后硬度会提高，而且金相组织中还可能出现贝氏体，恶化切削加工性能。现代连杆加工多为用拉床拉削，对毛坯连杆的加工性能要求较高。为了改善可切削加工性能又必须适当降低硫含量，使锰和硫结合，故锰含量又不能过低，至少要3倍于硫含量，以此确定锰含量的下限。用裂解连杆用钢生产连杆由于锻后空冷，省去了淬火和高温回火工序，再加上连杆本体与连杆盖装配面无需机械加工，省去了加工费用，可以使生产成本降低25％。
7.发动机的轴承(瓦)材料
现代车用柴油发动机以功率大、燃油耗低为特点,这种发动机的爆发压力大,机油黏度低，曲轴和连杆轴瓦的比压高，因此轴和轴瓦之间的油膜厚度逐渐变薄，轴承的工作条件变得更为苛刻。这要求轴瓦必须具有很高的承载能力、疲劳强度和耐磨性，于是适应苛刻工作条件的轴瓦由此应运而生。例如德国Federal—Mogul公司的喷镀轴瓦,这种轴瓦先在钢背上浇铸一层sn-Pb青铜的基体材料，然后用喷镀法(PVD)将A1Sn20喷镀在基体材料上作为滑动层，具有很高的疲劳强度。为提高曲轴轴承的载荷能力和耐磨强度，需要对其表面涂覆更硬的材料。轴承表面镀铬是提高其硬度的传统方法，实际上，这一工艺还有潜力可挖。迄今为止，通过电镀方法可使轴承表面涂覆层Cu和Sn的含量分别稳定在5%～10%。为进一步提高轴承的使用寿命，需要提高Cu和Sn的含量。试验表明，轴承工作面涂层Cu含量仅为2%，则在载荷超过，50MPa时就开始出现磨损现象。为获得更满意的效果，可将阴极喷溅铝、锡合金和电镀Glyc081型材料结合起来应用。比如对上轴承表面进行喷溅铝、锡合金，而对下轴承表面则电镀Glyco8l型材料。
还有一种复合轴承,它以低碳钢背为载体表面镀铜后烧结一层青铜粉末，再与性能优良的工程塑料热复合为一体后所制成。按工程塑料的种类，可分为两种：一种是表层以聚四氟乙烯为基体的复合轴承体系，适用于作高速低负荷工作的滑动轴承，可在无油或少油的条件下使用；另一种是表层以改性共聚甲醛为基体的复合轴承，适用于低速大负荷条件下工作。如东风汽车上广泛运用的EGQS型钢背-塑料复合轴承衬套就是后一种类型体系。这种钢背-塑料复合轴承具有工程塑料减磨、耐磨的优点，又具有钢背承载能力强的特点，使其具有高承载、低磨耗、摩擦阻力小的优良性能。
8.车用柴油机零件用的轻金属、陶瓷和复合材料
车用柴油发动机零件的特殊工作环境和出于成本的考虑，使新材料的应用受到很大的限制。众多新材料里钛合金是最具诱人前景的，钛合金密度低(仅为钢的58％)、模量小、耐高温、抗氧化、耐腐蚀、无磁性，在轻金属材料中，只有钛合金具有与钢相同的高强度。例如Ti一6A1—4V的抗拉强度可达980MPa，比强度高达222.7，因此钛合金可以担当发动机里许多零件的重任。用钛合金制造的连杆比钢连杆轻30％，因此工作时的惯性小，转速可达7000r/min，可提高发动机的效率，降低噪声。钛合金气门弹簧质轻负荷小，可降低机械摩擦，改善凸轮轴工作条件，提高燃油效率。钛合金气门和阀座既可减轻重量，又可使气门系统的运动惯量降低。钛合金还可用于凸轮轴、消声器排气岐管等发动机零件。
钛合金的材料成本高，加工条件复杂，限制了钛合金在发动机零件上的应用。因此，选用廉价合金元素以获得经济型钛合金，改进冷、热加工工艺以降低钛合金零件的制造成本，是实现钛合金在发动机乃至汽车上其他零部件的应用的主攻方向。除钛合金外、镁合金也是颇有竞争力的轻金属材料。镁合金可用来制造发动机缸盖、进气岐管等零件。当然材料成本和制造成本也制约着镁合金的应用。
由于陶瓷材料的强度高、耐热、耐腐蚀、耐磨，是制造挺杆、气门、轴承、废气涡轮压缩机转子等发动机零件的理想材料。日本“五十铃”公司和美国“福特”公司成功地研制出陶瓷挺杆，德国“奔驰”公司研制的陶瓷气门收到了节油和减少有害物排放的效果。另外、陶瓷喷涂可以起到低散热的效果，用表面陶瓷喷涂活塞、缸套和气门的发动机，可以取消冷却系统，减少发动机重量，减少燃油消耗。
复合材料是由基体材料(包括树脂、金属、陶瓷等)和增强剂(有纤维状的、晶须状的、颗粒状的等)复合而成的。复合材料的力学性能和功能，可以根据实际需要，通过适当选材和优化设计来获得。当前复合材料开展的重点在以下几个方面：热塑性树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料、碳基复合材料。
9.结语
总之，由于恶劣、苛刻和复杂的服役条件和轻量化、低成本、低排放污染的需要，对车用柴油发动机零件的要求越来越高。随着材料技术和零件制造技术的不断发展，能兼顾多方位要求的新材料将日趋成熟，昂贵的新材料将不断以可以接受的价格走出实验室，化解层出不穷的矛盾，成为发动机里质优价廉的生力军。新材料的发展和应用又将使发动机的动力性、经济性和排放标准不断提高。
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