Federal-Mogul Powertrain, Geschäftsbereich der Federal-Mogul Holdings Corporation, hat mit DuraForm-G91 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 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 erleichtern Kolbenkonstruktionen mit niedriger Kompressionshöhe und reduzierter Masse. Die daraus resultierenden Vorteile von weniger Kolbenmasse und kleineren, leichteren Zylinderblöcken tragen dazu bei, die CO₂-Emissionen des jeweiligen Fahrzeugs zu minimieren. „DuraForm-G91 ist ein Beispiel zukunftsweisender Technologien, die unseren Kunden hilft, neue Motorengenerationen kompakter und leichter zu gestalten und damit die CO2-Bilanz zu verbessern", erklärt Gian Maria Olivetti, Chief Technology Officer, Federal-Mogul Powertrain. „Mit unseren Werkstoffwissenschaftlern entwickeln wir neue Designkonzepte für Aluminium und Stahlkolben, die maßgeschneiderte Lösungen für die verschiedenen Anforderungen unserer Kunden sind.“ Die Zusammensetzung von DuraForm-G91 gewährleistet 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 Widerstandgegenüber 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. DuraForm-G91 wurde mit Hilfe modernster Prüftechnik entwickelt, die die Validierungszeit bis zur Serienreife deutlich 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 mechanicalfatigue, HCMF), die die ermüdungsrelevanten Lastbedingungen von Dieselkolben im Motor widerspiegeln." Sowohl im Motortest als auch in der TMF-HCMF-Prüfung zeigt DuraForm-G91 eine drei- bis fünfmal höhere Ermüdungsfestigkeit im Vergleich zu aktuellen Gusslegierungen. Während isothermischer HCMF-Tests bei Temperaturen oberhalb von 350 °C wurde sogar eine Verbesserung der Werkstoffermüdung um das Achtfache nachgewiesen. Weitere Motorläufe lieferten Verschleißraten, die denjenigen des gegenwärtig besten Kolbenwerkstoffes auf Aluminium-Silizium-Basis entsprechen. Umfangreiche Gussversuche lieferten eine gleichbleibend hohe Materialintegrität und trugen zur Optimierung der Gießparameter bei. Neben den nahezu abgeschlossenen Versuchen zur innermotorischen Entwicklung wurden die ersten Musterkolben zur Bewertung an Kunden freigegeben. Die Technologie kann bei Dieselkolben für PKW und Nutzfahrzeuge eingesetzt werden. „Die Entwicklungszentren von Federal-Mogul Powertrain haben erstklassige Produktions-,Motor- und Werkstoffcharakterisierungsverfahren (überlagerte TMF-HCMF) entwickelt“, so Morgenstern. „Diese Anlagen helfen uns, neue Erkenntnisse zu gewinnen, unser Know-how zu vertiefen und damit letztlich die Entwicklung neuer Legierungen voranzutreiben.“ Weitere Details zu DuraForm-G91 von Federal-Mogul Powertrain und andere Entwicklungen hält das Unternehmen auf dem Federal-Mogul-Stand E21 vom 15. bis zum 18. September auf der IAA in Halle 4.1. bereit.

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