镁合金发动机缸体到底好不好？来看看其中的优缺点

镁合金发动机缸体到底好不好？来看看其中的优缺点

自20世纪20年代以来，镁在汽车工业的各个领域都有应用，用途涵盖从底盘到动力总成构造的各个方面。许多车辆使用镁及其合金，是因为这种元素重量轻，有助于调整汽车的重心、降低整体质量，进而改善操控特性和平衡性。此外，与钢制部件相比，镁还具有额外的强度和减振优势，在发动机部件这类对重量敏感的应用场景中似乎很有用。

然而，所有这些好处都是有代价的，而对镁来说，这个代价是实打实的，而且还不小。镁的成本比典型碳钢高出约80%，而且由于汽车行业整体需求较低，这种材料也没有被大规模量产。因此，采用镁材的发动机缸体通常比较少见，也更偏小众（当然也有例外），并且生产成本更高。

采用镁合金的发动机缸体有不少好处，因为与铸铁甚至许多通用汽车LS发动机所用的铝制缸体相比，它能整体减重。镁合金发动机缸体比铸铁缸体轻约50%，比铝制缸体轻30%，这样既能减重，又不会牺牲缸体与其他金属形成合金后的固有刚性。但它真有那么神吗，还是说，道路上和赛道上使用镁合金发动机缸体的车辆少得惊人，其实是有原因的？

镁合金发动机缸体的结构剖析

我们先来看看发动机缸体到底要干什么。说白了，发动机缸体要容纳发动机下部的大部分主要部件，例如顶置气门汽车中的活塞、曲轴、凸轮轴和推杆。这些部件泡在机油里，而且因为配合间隙很紧，必须想办法冷却，否则没有保护油膜的话，金属之间就会直接摩擦。

当车辆运行时，所有这些部件都会产生巨大的作用力，包括活塞往复运动产生的动量、曲轴旋转带来的重量等等。因此，发动机缸体必须具备足够的材料强度，以承受这些力。太脆或导热性不佳的材料可能会开裂，而太软的材料则会变形。这就是为什么许多发动机缸体采用铸铁结构；在同等成本下，它们能提供最佳的结构强度，当然，它们本身比其他材料重得多。

镁作为一种元素，极易燃烧，不能直接用于制造发动机缸体，尤其考虑到发动机油也可能着火，这个问题就更加突出。因此，制造商使用各种镁合金来制造发动机缸体。现代合金配方使其能够承受高温，并可进行精密砂型铸造，水平与铝合金相当，旨在兼顾镁合金和铝合金的优点。这些镁合金的具体成分不断变化，通常是商业机密，但它们通常含有锌和锆等金属。

哪些汽车采用镁发动机缸体？

从性价比来看，世界上连续生产时间最长的汽车竟然使用了镁合金发动机缸体，这可能让人感到意外：最初的大众1型甲壳虫。面对如何让如此巨大的重量压在后轴后方这一挑战，大众选择使用来自海外的镁合金来铸造发动机缸体，比如挪威南部一家战后重建的工厂。大众在1950年至1990年间最终购买了Herøya工厂约60%的镁产量，用于其车辆，其中用量最大的是风冷水平对置四缸发动机缸体。如今，另一家使用镁发动机缸体的主要制造商是宝马，它于2005年推出了首款批量生产的水冷部分镁合金发动机缸体。

现代再制造商仍然使用镁合金结构的发动机缸体，以及复刻的铝制缸体，两者各有优劣。同样，经典的风冷保时捷也使用镁，保时捷甚至提供原厂制造的镁合金缸体，用于修复2.0L到2.7L各排量的Carrera发动机。

如今，许多制造商在多个方面都用到了镁，尽管很少用于发动机部件。例如，GF Casting Solutions AG 为现代路虎卫士生产镁合金结构车身部件，比如构成驾驶舱前部上方的横梁，仪表盘和中控台就装在这根横梁上。一般来说，镁更多是和保时捷、奥迪、奔驰这类豪华品牌联系在一起，但福特其实也用得不少。例如，自2004年以来，福特在每一代F-150中都使用了镁部件，如前端结构和座椅框架。

镁发动机缸体的优点

大众风冷镁发动机缸体最大的优势，放到今天依然成立，只是体现的方式不一样了。大众做出这一决定的原因是甲壳虫将所有主要部件都置于后部，这样一来车子就可能不太稳定。现在的量产车没有哪款的前后配重会偏得这么厉害，但前后配重平衡对整体操控表现来说仍然是最关键的。车头偏重的车自然会倾向于转向不足；反过来，车尾偏重就容易转向过度。这也是为什么汽车会分前置、中置和后置发动机的一个原因。由于镁比其他金属轻得多，用镁部件替换某些组件不仅减轻了车辆重量，还可能重新调整前后配重，让操控更好。

不过，镁的好处不只是轻。例如，镁合金特别容易铸造，也就是说很容易做成复杂的一体成型结构。它在隔音和减震方面表现也很出色，热稳定性也非常好。也就是说，镁部件在经历剧烈温差时能更久地保持形状，比如反复冷启动或者像大众那种风冷发动机所经历的温度变化。这些其实都和它的强度重量比有关；造镁发动机缸体不需要用那么多料，因为合金本身就够结实，这就让它本来就很轻的重量更有优势。总的来说，镁发动机缸体和同类合金一样结实，但更轻，而且在隔音等附加性能上更好，在高温高负荷的情况下寿命也可能更长。

镁发动机缸体的缺点

这一切都让镁听起来像是制造发动机缸体等大型部件的完美材料。那么，为什么不是每个制造商都更多地使用镁呢？

两个主要原因：成本和可获得性。发动机缸体是现代汽车中材料最密集的部件之一；它需要大量材料，而且这些材料的公差必须非常严格，才能保证性能的一致性。镁在这方面确实很出色，但由于镁的提取和冶炼工艺复杂，要按同样的标准来造发动机缸体，成本比加工铸铁缸体高得多。镁还比其他材料更容易腐蚀，也更容易被点燃，这意味着要生产出能适应现代发动机温度范围、还能扛住道路融雪盐腐蚀的高质量合金，难度就更大了，不过如果换用其他融雪方式，这个问题就没那么严重了。所以宝马的直列六缸发动机只在那些不太需要考虑腐蚀和高应力的部件上才用镁。

至于可获得性，全球制造业所用的镁有87%是中国生产的，其中很大一部分被电子行业消耗掉了。疫情加上各种关税之后，进口镁越来越少，价格也越来越贵。再加上全球越来越多行业在造铝合金时也要用镁，这些因素加在一起，就造成了全球性的镁材料持续短缺。欧洲和北美用掉了全球镁产量的约19%来造定制部件，40%用来造铝合金，也就是说，这些行业受到的冲击最大。所以，虽然用镁来造更重的部件当然好，但问题是根本没有足够的镁来造这些东西。

哪些地方最可能用到镁发动机缸体

如今，镁发动机缸体一般被看作是一种更专业的部件，价格自然也更高。大多数车用镁是为了减重、省油，而不是为了提升性能。不过，赛车用镁部件已经有一个多世纪了，只是这种材料往往被证明是致命的，而不是什么好事。例如，1968年的本田RA302 F1赛车用了风冷发动机和镁制车身来减重。结果在1968年法国大奖赛上撞车时，因为镁的特性，整个车身瞬间烧了起来，车手乔·施莱瑟因此丧命。如今，这辆车被认为是史上最致命的赛车之一。

至于发动机缸体，除了大众和保时捷之外，还有几款鲜为人知却颇有来头的机器使用了镁，其中一些确实古怪离奇。例如，1955年的Moto Guzzi Otto Cilindri（意大利语意为“八缸”）摩托车，很可能搭载了有史以来真正投入实际使用的最小V8发动机之一——没错，它的缸体就是镁制的。

如今动力总成中所使用的某些合金自2000年代初以来一直在开发中，有助于缓解这些担忧并发挥镁本身的优势。虽然目前没有主要制造商在标准量产汽车和摩托车中生产镁制发动机缸体，但它正慢慢成为赛车领域的热门选择，尤其是在NASCAR发动机等使用合金的场景中，这些发动机由铸铁和镁的合金制成。考虑到NASCAR发动机产生的巨大功率，这本身就足以证明镁在赛车中的实力。