Aluminium-Motorblöcke werden seit Jahren sowohl für Standard- als auch für Hochleistungsanwendungen eingesetzt. Aluminium bietet gegenüber Gusseisen einige Vorteile, allen voran das geringere Gewicht. Ein Aluminium-V8-Motorblock aus dem Aftermarket wiegt in der Regel 45 bis 57 kg weniger als ein vergleichbarer Gusseisenblock ab Werk mit gleichem Hubraum. Mit einem Paar Aluminium-Zylinderköpfen können weitere 14 bis 18 kg Gewicht eingespart werden.
Aluminium hat aber noch weitere Vorteile. Es leitet Wärme viel schneller ab als Gusseisen (etwa dreimal so schnell). Das bedeutet, dass ein Aluminiumblock (oder Zylinderkopf) die Wärme bei hoher Motorbelastung schneller aus dem Brennraum abführen kann, wodurch die Gefahr einer motorschädigenden Klopfneigung reduziert wird. Die überlegene Kühlleistung von Aluminiumblock und -kopf ermöglicht in der Regel einen etwas höheren statischen Verdichtungsgrad für mehr Leistung und Wirkungsgrad und/oder einen um einige Grad höheren Zündzeitpunkt für eine etwas frühere Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemischs im Verbrennungszyklus.
Aluminium ist im Vergleich zu Gusseisen auch relativ einfach zu schweissen. Wenn ein Block reisst, kann der Riss ausgeschliffen und mit einem WIG-Schweissgerät gefüllt werden. Durch Schweissen kann ein Block oft gerettet werden, der sonst entsorgt werden müsste. Wenn ein Gusseisenblock in einem Zylinder reisst, kann er oft durch Ausbuchsen gerettet werden, und Risse an anderen Stellen im Block können manchmal durch Ofenschweissen repariert werden. Aber es ist nicht so einfach wie das WIG-Schweissen von Aluminium.
Aluminium hat jedoch auch einige Nachteile. Neben den höheren Kosten ist Aluminium weicher als Gusseisen. Das bedeutet, dass die Zylinder entweder nass oder trocken ausgebuchst oder mit einer verschleissfesten Nickel-Chrom-Beschichtung wie Alusil oder einem ähnlichen Material plasmabeschichtet werden müssen. Viele neuere Ford-, GM-, Chrysler- und Importblöcke haben eingegossene Laufbuchsen aus Eisen, aber einige europäische Hersteller verwenden plasmabeschichtete Zylinder. Bei Aftermarket-Aluminium-Blöcken handelt es sich hauptsächlich um eingepresste Laufbuchsen aus Gusseisen, Sphäroguss oder Stahl.
Da Aluminium weicher als Gusseisen ist, haben Bohrer und Fräser beim Bearbeiten von Aluminium eine längere Lebensdauer. Hartmetall funktioniert sowohl bei Gusseisen als auch bei Aluminium gut, aber wenn Sie superharte Schleifmittel verwenden, ist PKD die beste Wahl für Aluminium.
Das Problem bei CBN ist, dass Aluminiumspäne dazu neigen, am Werkzeug zu haften, was das Risiko von Verschmierungen oder Abrieb auf der Deckfläche beim Fräsen eines Blocks erhöhen kann. Eine Möglichkeit, dieses Risiko bei der Bearbeitung von Aluminium mit CBN zu verringern, besteht darin, die Metalloberfläche leicht mit WD-40, Olivenöl oder sogar Möbelpolitur zu schmieren – oder Ihre Werkzeuge auf PKD umzustellen.
Die meisten Aluminium-Motorblöcke werden aus einer von drei Legierungen gegossen: 319, A356 oder A357. Die Legierung 319 besteht aus 85,8 % bis 91,5 % Aluminium, 5,5 % bis 6,5 % Silizium, 3 % bis 4 % Kupfer, 0,35 % Nickel, 0,25 % Titan, 0,5 % Mangan, 1 % Eisen, 1 % Zink und 0,1 % Magnesium. Die Legierung wird einer T5-Wärmebehandlung unterzogen, um das Metall zu härten und zu verstärken, bevor der Block auf seine endgültigen Abmessungen bearbeitet wird.
Für Hochleistungsanwendungen werden am häufigsten die Legierungen A356 und A357 verwendet. Diese Legierungen haben einen höheren Aluminiumanteil (91,1 % bis 93,3 %), mehr Silizium (6,5 % bis 7,5 %), etwas mehr Magnesium (0,25 % bis 0,45 %), aber weniger Kupfer (0,2 %), weniger Eisen (0,2 %) und weniger Zink (0,1 %). Die Legierung ist im gegossenen Zustand relativ weich, wird aber nach einer T6-Wärmebehandlung deutlich fester.
Geschmiedete Aluminium-Motorblöcke werden aus der unterschiedlichen «Luft- und Raumfahrt»-Legierung 6061 hergestellt, die duktiler als A356 oder A357 ist und eine hohe Rissbeständigkeit unter extremen Drücken aufweist. Die Legierung 6061 in geschmiedeten Blöcken wird in der Regel druckbehandelt, um die Porosität zu verringern und die Dichte zu erhöhen. Dies verleiht geschmiedetem 6061 eine Zugfestigkeit von 414 bis 483 MPa im Vergleich zu 90 bis 97 MPa bei gegossenem A356-Aluminium. Aus diesem Grund werden in den anspruchsvollsten Rennsportanwendungen wie Top Fuel Dragstern geschmiedete 6061-Aluminium-Blöcke verwendet.
Obwohl jede gängige Aluminiumlegierung leicht unterschiedliche physikalische Eigenschaften aufweist, haben sie alle einen mehr als doppelt so hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie Gusseisen. Wenn sich ein Aluminiumblock von Raumtemperatur auf Betriebstemperatur erwärmt, dehnt er sich daher in alle Richtungen doppelt so stark aus wie ein Gusseisenblock.
Aluminium-Blöcke können für die Aufnahme von Nass- oder Trockenlaufbuchsen bearbeitet werden, aber Trockenlaufbuchsen sind am gebräuchlichsten. Es gibt unterschiedliche Meinungen darüber, wie die Deckfläche bearbeitet werden sollte, um eine dichte Kopfdichtung zu gewährleisten. Viele Motorenbauer der alten Schule lassen die Laufbuchsen etwas aus dem Block herausragen, um sicherzustellen, dass die Dichtung aufgrund der Ausdehnung des Blocks abdichtet. Dies kann bei einigen Aluminium-Blöcken aufgrund ihrer Konstruktion und Legierung ein Problem sein, aber in vielen Fällen ist das Problem des Absinkens der Laufbuchsen unter die Deckfläche auf die Platzierung der Laufbuchsen und nicht auf die Ausdehnung des Blocks zurückzuführen.