活塞是发动机的主要受热部件。 工作时处于高温、高压、高负荷的恶劣环境。 它承受周期性交变的机械和热负载，并且容易发生故障。 热负荷是引起活塞失效的主要因素之一。 随着发动机强化指标的不断提高，其影响力越来越凸显。 发动机活塞是一个复杂的三维部件。 活塞销座的存在以及内腔的复杂形状使得整个活塞呈非轴对称。 同时，活塞工作时，在高温、高压的作用下会发生膨胀和热变形。 因此，活塞裙部的横截面应制成椭圆形。 由于椭圆的长轴和短轴相差很小，所以市场上常见的活塞材料如下：
活塞材料应符合下列要求
(1)密度小，减少活塞往复惯性力
（2）热膨胀系数小，减少活塞与缸壁之间的间隙，保证热车时气缸不拉动，冷车时活塞不敲击缸壁；
(3)既具有吸收气体热量的能力小，又具有较大的导热系数，以降低活塞顶和环区域的温度。
(4)耐热性高，材料在高温下具有足够的机械强度
(5)良好的减摩性能和耐磨、耐腐蚀性能；
(6)价格便宜，做工好。
1个铝合金活塞
铝合金的突出优点是密度低，可以大大减轻活塞的质量和往复运动的惯性力。 因此，铝合金活塞常用于中、小缸径中高速内燃机，特别是汽车发动机。 在同等强度下，它比钢轻得多。 因此，铝合金制成的活塞在工作时产生的惯性较小，对于高速内燃机的减振、降低内燃机的比质量具有重要意义。 另外，质量较低的绍重合金活塞运动时，对缸壁的侧向压力和冲击力也比较大。 这样可以减少活塞组与缸壁及活塞销之间的摩擦，减少其磨损。 铝合金的另一个优点是其良好的导热性。 工作时，活塞表面温度比铸铁低，活塞顶部积碳较少。
2个铸铁活塞
现代内燃机特别是柴油机为了大幅度提高热效率，不断加大增压程度，使气缸内的热负荷显着增加。 这使得铝合金活塞本身热强度低、线膨胀系数大的固有缺点越来越严重。 铝合金活塞在柴油机上的使用范围明显受到限制。 为此，一些重载柴油机已采用热强度和耐磨性较高、线膨胀系数较低的铸铁活塞。 铸铁的密度约为铝合金的3倍。 与铝合金相比铝合金 钢材 对比，它具有更低的热膨胀系数和更高的高温力学性能。 增加的活塞重量至少部分地通过铸铁活塞显着增加的热强度得到补偿，从而允许更小的横截面积。 通常，铸造活塞所用铸铁的金属基体是珠光体。 其中，所含石墨可以呈片状、点状或球状分布。 另外，在铸造状态下，其显微组织中可能存在奥氏体或贝氏体。 对于内燃机用活塞铸铁，除上述要求外铝合金 钢材 对比，还应具有晶粒尺寸稳定性以及抗热裂和腐蚀疲劳损伤的能力。
3个铸钢活塞
铸钢机械强度高，其耐热性、耐腐蚀性、耐磨性均优于铝合金和铸铁。 具有弹性模量高、高温性能优良稳定、线膨胀系数较低等优点。
但其缺点是密度高、加工麻烦、成本高、对缸套磨损严重。 为了使活塞更轻，钢活塞的结构通常设计得非常复杂，活塞体截面非常薄。 由于省略了大型铸钢，机械强度高，耐热性、耐腐蚀性、耐磨性均优于铝合金和铸铁。 具有较高的弹性模量、优良稳定的高温性能和较低的线性膨胀。 系数等优点，但缺点是密度高，加工麻烦，成本高，对缸套磨损严重。 为了使活塞更轻，钢活塞的结构通常设计得非常复杂，活塞体截面非常薄。 由于节省了大量材料，整个活塞的质量比目前镶嵌耐热奥氏体铸铁环槽的铝合金活塞轻30%左右，具有实际应用价值。 在制造工艺方面，需要设计铸造工艺，使得活塞体内较薄的部分能够精确铸造，且成品率高、变形小。
