DE1533180A1 - Titanlegierung fuer Kolben von Verbrennungsmotoren - Google Patents

Description

• Titanlegierung für Kolben von Verbrennungsmotoren Die-h-eutigen Kolbenwerkstoffe auf Aluminiumbasis setzeka-auf Grund ihrer beschränkten Warm- und Zeitstandfestigkeit der-Wirtschaftlichkeit-und Leistung von Verbrennungsmotoren eine obere Grenze; Die bisher erzielten spezifischen Leistungen konnten nur auf Grund der guten Wärmeleitfähigkeit und de niedrigen spezifischen Gewichts der zur Anwendung kommenden Aluminiumlegierungen erreicht werden. Ein großer Teil der durch das Kühlsystem eines Verbrennungsmotors abgeleiteten Wärmemenge fließt nämlich auf Grund der guten Wärmeleit- fähigkeit der Aluminiumlegierungen des Kolbens ab; daher bleiben die Maximaltemperaturen im Kolbenboden trotz der hohen thermischen Belastung in erträglichen Grenzen. Jedoch wird besonders bei hochbelasteten Dieselmotoren und Hochleistungs-Ottomotoren schon heute die obere Temperaturbelastbarkeit des Kolbenmaterials erreicht. Eine weitere-Heraufsetzung der Verdichtung oder des Füllungagrades, z.B. durch Aufladen, würde wegen der bei den dabei auf- tretenden hohen Temperaturen_und der damit verbundenen geringen mechanischen Festigkeit unweigerlich zur Zer- störung des Kolbenbodens führen.
• Es wurden schon Versuche z.B'. mit diapersionsgehärteten Alumniumwerkatoffen vom SAP-Typ,durchgeführt. Diese auf pulvermetallurgischem Wege hergestelltem Legierungen weisen auch bei Temperaturen über 300°C noch eine gute 'Varmfestigkeit auf. Versieht man die Kolbenböden mit Happen; aus diesen Werkstoffen, so kann :zwar die thermische Belastung des Motors wesentlich gesteigert Werden, die Wirtschaftlichkeit,- z.Bs der spezifische Verbrauch in g f PSh - - kann aber auf Grund der guten Wärmeleitfähigkeit dieser Aluminiumlegierungen nicht im «laichen. Maße verbessert werden. Diaher sind noch keine Leichtmetall-Legierungen mit einem spezifischen Gewicht unter 5 g/cm3 bekanntgeworden, die eine Erhöhung der Maximaltemperatur des Kolbenbodens auf etwa den drei"-bis vierfachen Wort der bisher möglichen Temperaturen gestatten und in Verein mit einer geringen Wärmeleitfähigkeit zu einem wesentlich gesenktes spezifischen Kraftstoffverbrauch führen würden. -Es wurde nun gefunden, maß Legierungen in ternären System Ti-Al=Rb, besonders mit Zusammensetzungen)die durch die Pormel TI 7PbAl3 -gegeben sind, diesen Anforderungen genügen. Diese Legierungen sind .- z.E. mit kleinen Zusätzen von etwa -1 Gev.-% Hafnium und 0,5-Gew.-% Silizium - leicht bei Temperaturen um 12000G schmiedbar und können auf Grund. ihrer- ausgezeichneten Warmfästigkeit = nie erreicht- bei 1000°C Werte zwischen 30 und 40 kp/rs2 = bis zu 1000°C eingesetzt werden. Hervorzuheben ist die hervorragende Ozydatione-, Korrosions-und Temperaturwechselbestäadiakeit dieser Legierungen, aber besondern ihre extrem geringe Wärmeleitfähigkeit; sie beträgt weniger als 10 % der Wärmeleitfähigkeit der üblichen Kolbenverkstoffe auf Aluminiumbasis. Das sehr geringe spezifische Gewicht dieser Legierungen - u® 4,6 g/cm3 - erlaubt. drin, mit den bisheriges Kolbengewichten auszukommen. Bei geeigneter Konstruktion des Kolbens können sogar auf Grund der hohen Postigkeit dieser neuartigem Legierungen noch Gewichtsvorteile erzielt werden: Besonders bewährt sich die Herstellung von geschmiedeten Kolbenböden aus diesen neuartigen Legierungen. In Verbindung mit einem aus herkömmlichen Aluminiumlegierüngen bestehenden Kolben läßt sich durch Kolbenböden gemäß der Erfindung eine Senkung des spezifischen Verbrauches Fon Dieselmotoren bis zu 20 ,% erreichen.

Claims (2)

1. Patentansprüche 1. Verwendung einer Ti tsnlegierung mit bis zu 20 Gew.--% Aluminium, bis zu 30 Gew.-% Niob sowie kleineren Zusätzen von Silizium, Hafrtium, Zinn, Tantal, Vanadium, Chrom, Zirkon, rolybdän, Wolfram, Eisen und Nickel, einz;:ln oder kombiniert, von zusammen nicht mehr als 10 Gew.-% zur Herstellung von Kolben von Brennkraftmas.chinen.
2. 2, Kolben für Otto-, Diesel-, Dr-ehkolbencnotoren od. dgl. dadurch gekennzeichnet, ciaß der Kolbenboden. aus der Titanleg.ierung hergestellt ist.