1. Einleitung und Herstellverfahren
Nasse Zylinderlaufbuchsen in hochbeanspruchten Nutzfahrzeugmotoren unterliegen extremen thermischen und mechanischen Belastungen. Um diesen Anforderungen bezüglich Verschleißfestigkeit, Notlaufeigenschaften und Formstabilität gerecht zu werden, kommt vorrangig legierter Grauguss mit Lamellengraphit zum Einsatz, hergestellt im Schleudergussverfahren.
Das Schleudergussverfahren sorgt durch die hohen Fliehkräfte während des Erstarrungsprozesses für ein nahezu lunkerfreies, hochdichtes Werkstoffgefüge mit einer feinen, gleichmäßigen Ausrichtung der Graphitlamellen.
2. Werkstoffanalyse IFA 4 VD (4 VD 14,5/12-1 SR)
Bei den Zylinderlaufbuchsen der IFA-Motorenbaureihe 4 VD (Motorenwerk Nordhausen) orientierte sich die Materialzusammensetzung an den DDR-Standards TGL 14401 bzw. TGL 8418 für legierten Zylinderguss. Die Grundlegierung entspricht im Wesentlichen einem GG-25 CrCu bzw. GG-25 CrMo.
Typische Richtanalyse der chemischen Zusammensetzung:
- Eisen (Fe): Basis (ca. 92,0 – 93,0 %)
- Kohlenstoff (C): 3,20 – 3,50 % (für Lamellengraphitausbildung / Schmiermittelspeicher)
- Silizium (Si): 1,80 – 2,20 % (Steuerung der Graphitisation)
- Mangan (Mn): 0,60 – 0,90 % (Verfestigung der perlitischen Matrix, Bindung von Schwefel)
- Chrom (Cr): 0,30 – 0,60 % (Karbidbildner, Erhöhung der Verschleiß- und Temperaturbeständigkeit)
- Kupfer (Cu): 0,50 – 0,80 % (Perlitstabilisierung)
- Phosphor (P): 0,20 – 0,50 % (Ausbildung des hart-spröden Steadits/Phosphideutektikums)
- Schwefel (S): max. 0,12 %
Gefügeausprägung: Vollständig perlitisches Grundgefüge (> 95 %) mit feinverteiltem Phosphidnetzwerk.
3. Werkstoffanalyse Mercedes-Benz SK (Motorenreihe OM 401, OM 441, OM 442 u. a.)
Die nassen Laufbuchsen der Heavy-Duty-Motorenfamilie Mercedes-Benz SK (Schwere Klasse) bestehen aus höher legiertem Schleuderguss nach DIN EN 1561 bzw. internen Werksnormen (entspricht im Wesentlichen GJL-250 / GJL-300 legiert mit CrMoP).
Typische Richtanalyse der chemischen Zusammensetzung:
- Eisen (Fe): Basis (ca. 92,5 – 93,5 %)
- Kohlenstoff (C): 3,00 – 3,40 %
- Silizium (Si): 1,60 – 2,00 %
- Mangan (Mn): 0,60 – 1,00 %
- Chrom (Cr): 0,40 – 0,70 %
- Molybdän (Mo): 0,20 – 0,50 % (Erhöhung der Warmfestigkeit und Brandspurfestigkeit)
- Phosphor (P): 0,30 – 0,60 % (Ausbildung eines ausgeprägten Steadit-Netzwerks)
- Schwefel (S): max. 0,10 %
4. Technischer Vergleich und Werkstoffunterschiede
- Legierungskonzept: Während bei den IFA 4 VD-Laufbuchsen zur Perlitstabilisierung primär eine Chrom-Kupfer-Kombination (CrCu) genutzt wurde, setzte Mercedes-Benz verstärkt auf eine Chrom-Molybdän-Legierung (CrMo). Molybdän erhöht signifikant die Warmfestigkeit und Schockresistenz bei hohen Drücken und Aufladungsgraden.
- Tribologisches System: Beide Werkstoffe verfügen über ein ausgeprägtes Phosphideutektikum (Steadit). Dieses bildet ein mikroskopisches Hartstoffgerüst im weicheren Perlit, das bei Verschleiß leicht erhaben stehen bleibt und mikroskopische Öltaschen zur dauerhaften Schmierung bildet.
