Fachartikel

Modifikationen von Aluminiumlegierungen für hohe thermische Beanspruchungen
von Ansgar Pithan, Meschede, und Hubert Koch, Essen

Vor allem die Zylinderköpfe von Dieselmotoren aber auch in zunehmendem Maße von Ottomotoren sind immer stärkeren Belastungen bei Temperaturen bis 250 °C ausgesetzt. Zur Verbesserung von Materialeigenschaften wird häufig der Einsatz warmfesterer Legierungen diskutiert. Aufgrund des schwierigen Erstarrungsverhaltens zeigen diese Legierungen jedoch bei herkömmlicher Gießweise einen höheren Anteil an Gefügedefekten und Gussfehlern und sind deshalb den dynamischen Beanspruchungen nur eingeschränkt gewachsen.


Die Zylinderköpfe von Dieselmotoren sind immer stärkeren Belastungen bei Temperaturen bis 250 °C ausgesetzt.
Bild: Die Zylinderköpfe von Dieselmotoren, aber auch in zunehmendem Maße von Ottomotoren, sind immer stärkeren Belastungen bei Temperaturen bis 250 °C ausgesetzt, was entsprechende Anpassungen der Materialeigenschaften der eingesetzten Aluminium-Gusslegierungen erfordert. (Foto: Bosch AG)

Stattdessen werden nach wie vor bekannte Legierungen vom Typ AlSiMg vergossen, wobei der Anteil der eisenarmen Legierungen mit zunehmender Beanspruchung zugenommen hat. In einer Untersuchungsreihe, die von der Martinrea Honsel Germany GmbH, Meschede, und der Trimet Aluminium AG, Essen, durchgeführt wurde, konnte das Potential dieses Legierungstyps durch eine Verbesserung der Leitfähigkeitseigenschaften deutlich erhöht werden. Dabei wurden die Elemente Titan, Zirkon und Vanadium durch die Zugabe von Bor aus der Schmelze entfernt.

Bei den Untersuchungen wurde ein Borüberschuss eingestellt, sodass genügend Aluminiumborid als Kornfeiner zur Verfügung stand. Gegenüber einer Standardlegierung mit Titanboridkornfeinung konnte ein wesentlich feineres Gefüge erzeugt werden. Die Bruchdehnungswerte wurden erheblich verbessert. Erste Abgüsse von Zylinderköpfen wurden bereits durchgeführt. Ergebnisse aus dem Fahrbetrieb stehen noch aus.

Dipl.-Ing. Ansgar Pithan, Martinrea Honsel Germany GmbH, Meschede, Dr.-Ing. Hubert Koch, Trimet Aluminium AG, Essen

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