Eisen-Aluminium-Legierungen für thermomechanisch belastete Komponenten im Abgasstrang

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Der Wunsch der Kunden nach verbrauchsarmen und zugleich komfortablen und sicheren Fahrzeugen führt im Zusammenspiel mit immer strengeren Emissionsgrenzwerten zu stetig steigenden Anforderungen an die Motorentechnik. Das Downsizing in Kombination mit Aufladung stellt einen Ansatz zur Wirkungsgradsteigerung von Verbrennungsmotoren dar. Allerdings bedingt die höhere spezifische Leistung dieser Motoren den Einsatz hochtemperaturbeständiger Werkstoffe im Abgaskrümmer und Turbolader. So finden beim Ottomotor, bei dem die Abgastemperatur vor der Turbine jenseits von 1000 Grad C liegen kann, überwiegend hochwarmfeste Gusseisen- und Stahlsorten Einsatz. Aufgrund hoher Gehalte an teuren Legierungselementen wie Chrom und insbesondere Nickel stellt die Entwicklung alternativer kostengünstiger Werkstoffe ein Forschungsdesiderat dar. Im Rahmen der Arbeit wird die Eignung von Eisenaluminiden als Werkstoff für den Einsatz in thermomechanisch belasteten Bauteilen am Beispiel eines Abgaskrümmermoduls untersucht und bewertet. Verschiedene Legierungskonzepte werden dabei makro- und mikrostrukturell beschrieben und die zugehörigen physikalischen und mechanischen Eigenschaften ermittelt. Unterstützt durch Strukturberechnungen werden vielversprechende Legierungen ausgewählt und deren Eignung abschließend anhand von Bauteilversuchen auf dem Motorprüfstand überprüft.