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17.08.2015 | Automobil + Motoren | Nachricht | Onlineartikel

DuraForm-G91: Neue Aluminiumlegierung für Dieselkolben

Autor:
Katrin Pudenz

Ingenieure bei Federal-Mogul Powertrain haben eine neue Legierung speziell für Aluminium-Dieselkolben entwickelt. Im Vergleich zu etablierten Gusswerkstoffen, die bisher in modernen, hochbelasteten Dieselmotoren eingesetzt werden, weist die neue Legierung namens DuraForm-G91 eine drei- bis fünfmal höhere Lebensdauer auf. Die verbesserte Werkstofffestigkeit unterstützt die gestiegenen mechanischen Belastungen und ermöglicht Motoren den Betrieb bei höherer spezifischer Leistung und mit mehr Effizienz.

Die verbesserten Legierungseigenschaften des DuraForm-G91 sollen Kolbenkonstruktionen mit niedriger Kompressionshöhe und reduzierter Masse erleichtern. Die daraus resultierenden Vorteile von weniger Kolbenmasse und kleineren, leichteren Zylinderblöcken tragen dazu bei, die CO2-Emissionen des jeweiligen Fahrzeugs zu minimieren, erklären die Entwickler des US-amerikanischen Unternehmens.

Die Zusammensetzung von DuraForm-G91 gewährleiste eine verbesserte Ermüdungsfestigkeit speziell bei hohen Temperaturen, die gerade bei hochbelasteten Dieselkolben auftreten können. "Dank der verbesserten Morphologie der Siliziumausscheidungen und der intermetallischen Phasen entsteht eine Mikrostruktur mit einem erhöhten Widerstand gegenüber komplexen thermomechanischen Belastungen. Dabei bleiben jedoch die erforderlichen thermophysikalischen Eigenschaften wie Ausdehnung, Dichte und Wärmeleitfähigkeit erhalten", erklärt Dr. Frank T.H. Dörnenburg, Director of Technology, Global Pistons, Federal-Mogul Powertrain.

Drei- bis fünfmal höhere Ermüdungsfestigkeit

DuraForm-G91 wurde mithilfe moderner Prüftechnik entwickelt, die die Validierungszeit bis zur Serienreife verkürzt. "Wir haben spezielle Motorläufe, die eine Lebensdauerbestimmung nach kurzen Laufzeiten ermöglichen, in Kombination mit motornahen Werkstoffcharakterisierungsmethoden eingesetzt", erläutert Roman Morgenstern, Specialist, Material Development and Characterization, Global Pistons, Federal-Mogul Powertrain. "Die motornahe Werkstoffprüfung ermöglicht die Überlagerung von thermomechanischer Ermüdung (thermo mechanical fatigue, TMF) und mechanischen Amplituden (high cycle mechanical fatigue, HCMF), die die ermüdungsrelevanten Lastbedingungen von Dieselkolben im Motor widerspiegeln."

Sowohl im Motortest als auch in der TMF-HCMF-Prüfung habe DuraForm-G91 eine drei- bis fünfmal höhere Ermüdungsfestigkeit im Vergleich zu aktuellen Gusslegierungen gezeigt. Während isothermischer HCMF-Tests bei Temperaturen oberhalb von 350 °C sei sogar eine Verbesserung der Werkstoffermüdung um das Achtfache nachgewiesen worden.

Weitere Motorläufe zeigten Verschleißraten, die denjenigen des gegenwärtig besten Kolbenwerkstoffes auf Aluminium-Silizium-Basis entsprechen, betonen die Entwickler. Umfangreiche Gussversuche lieferten eine gleichbleibend hohe Materialintegrität und trugen zur Optimierung der Gießparameter bei, fügen sie hinzu. Neben den nahezu abgeschlossenen Versuchen zur innermotorischen Entwicklung seien die ersten Musterkolben zur Bewertung an Kunden freigegeben worden. Die Technik könne bei Dieselkolben für Pkw und Nutzfahrzeuge eingesetzt werden.

Weitere Details zu DuraForm-G91 hält das Unternehmen vom 15. bis zum 18. September 2015 auf der IAA bereit.

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