KORROSIONSVERHALTEN VON TELLERFEDERN
KORROSIONSVERHALTEN VON TELLERFEDERN
KORROSIONSVERHALTEN VON TELLERFEDERN
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<strong>KORROSIONSVERHALTEN</strong><br />
<strong>VON</strong> <strong>TELLERFEDERN</strong>
2<br />
INHALT<br />
Einleitung 3<br />
Tellerfedervarianten, Korrosionsmedien und -Prüfverfahren 4<br />
Werkstoffe 4<br />
Beschichtungen 5<br />
Mechanisches Verzinken 5<br />
Dacromet-Beschichtung 5<br />
Geomet-Beschichtung 6<br />
Delta Tone + Delta Seal-Beschichtung 6<br />
Chemische Vernickelung 6<br />
Korrosionsmedien 7<br />
Korrosions-Prüfverfahren 8<br />
Tauchversuche 8<br />
Ergebnisse der Tauchversuche 9<br />
VDA-Wechseltests 9<br />
Ergebnisse der VDA-Wechseltests und Diskussion 10<br />
Zusammenfassung der VDA-Wechseltests 13<br />
Spannungsrisskorrosionsversuche 13<br />
Durchführung der Spannungsrisskorrosionsversuche 13<br />
Ergebnisse der Spannungsrisskorrosionsversuche und Diskussion 14<br />
Korrosionsverhalten der 6 x 1–geschichteten Tellerfedersäule 14<br />
Spannungsrisskorrosionsverhalten in Meerwasseratmosphäre 17<br />
Spannungsrisskorrosionsverhalten der Tellerfedersäule in 40%iger MgCl 2-Lösung 19<br />
Spannungsrisskorrosionsverhalten der Tellerfedersäule in 3%iger NaCl-Lösung 22<br />
Spannungsrisskorrosionsverhalten der Tellerfedersäule in 0,1m Zitronensäure 23<br />
Korrosionsverhalten der 4 x 2–geschichteten Tellerfedersäule 27<br />
Zusammenfassung der Spannungsrisskorrosionsversuche 28<br />
VDA-Wechseltests mit mechanischer Beanspruchung 29<br />
Ergebnisse des VDA-Wechseltests mit mechanischer Beanspruchung und Diskussion 29<br />
Zusammenfassung des VDA-Wechseltests mit mechanischer Beanspruchung 30<br />
Schwingungsrisskorrosionsversuche 32<br />
Zusammenfassung der Schwingungsrisskorrosionsversuche 37<br />
Literaturverzeichnis 39<br />
EINLEITUNG<br />
In der Beratungspraxis zur Anwendung von Tellerfedern werden Umgebungsbedingungen<br />
mit Korrosionsbeanspruchung regelmäßig angefragt und können in vielen Fällen<br />
nur sehr spekulativ behandelt werden. Besonders wenn lange Haltbarkeitsgarantien<br />
gefordert werden, ist es deshalb sinnvoll, eine Felderprobung voran zu stellen.<br />
Bei der Festlegung einer Tellerfeder unter korrosiven Bedingungen ist das Belastungskollektiv<br />
genau zu analysieren: Korrosionsmedium, Temperatur, statische oder dynamische<br />
Belastung, Reibung und Verschleiß an Kontaktstellen und deren Veränderungen<br />
über der Einsatzzeit. Bei der Materialauswahl spielen neben den idealen Werkstoffeigenschaften<br />
häufig die real vorhandenen Eigenschaften des Ausgangsmaterials<br />
eine große Rolle, die dann zum entscheidenden Auswahl-Kriterium werden. Hierdurch<br />
können dann andere Werkstoffkonzepte z.B. in Form von Beschichtungen von nicht<br />
korrosionsbeständigen Werkstoffen interessant werden. Beim Übergang auf solche alternative<br />
Lösungen sind dann die Unterschiede im direkten Vergleich von Interesse.<br />
Im vorliegenden Aufsatz werden Ergebnisse aus einem Forschungsvorhaben dargestellt,<br />
das als AVIF-Vorhaben Nr. A 210 »Untersuchungen zum Korrosionsverhalten von<br />
Tellerfedern und Tellerfedersäulen«, begleitet vom Federnverband, Unterausschuss Tellerfedern,<br />
durch die Technische Universität Darmstadt, Inst. für Werkstoffkunde, durchgeführt<br />
wurde. Es sollten systematische Ergebnisse über das Verhalten bzw. die Haltbarkeit<br />
von Tellerfedern unter anwendungsbezogenen korrosiven Bedingungen ermittelt<br />
werden.<br />
3
Tab. 1: Untersuchte<br />
Tellerfedervarianten.<br />
4<br />
TELLERFEDERVARIANTEN,<br />
KORROSIONSMEDIEN UND<br />
-PRÜFVERFAHREN<br />
Nr. Werkstoff Abmessung Fertigung<br />
01 1.4310 63 x 31 x 1,9 x 4,15 (C) Gestanzt (S) + gedreht (D)<br />
WERKSTOFFE<br />
51CrV4 (1.8159) ist ein ferritischer Stahl, der sich<br />
zur Herstellung von federnden Teilen aller Art besonders<br />
eignet und für den Einsatz sämtlicher<br />
DIN-Federn zulässig ist. Durch die Legierungszusätze<br />
wird erreicht, dass bei größeren Material -<br />
dicken nach dem Vergüten eine gleichmäßige Gefügeausbildung<br />
über den ganzen Querschnitt vorliegt.<br />
Ferner wird durch die Legierungsbestandteile<br />
das Relaxationsverhalten positiv beeinflusst.<br />
X10CrNi18-8 (1.4310), und X7CrNiAl17-7<br />
(1.4568) sind nach DIN EN 10 151 nicht rostende<br />
Federstähle, die sich durch besondere Beständigkeit<br />
gegenüber chemisch angreifenden Stoffen<br />
auszeichnen. Ihr Federungsvermögen erhalten sie<br />
durch eine Kaltverfestigung und/oder Wärmebehandlung.<br />
X10CrNi18-8 (1.4310) erhält die<br />
Festigkeit nur durch eine Kaltverfestigung und wird<br />
deshalb in der Regel nur bis zu einer Dicke von 2<br />
bis 2,5 mm eingesetzt. Je nach Verfestigungsgrad<br />
beginnt ab etwa 100 °C ein deutlicher Abbau der<br />
Kaltverfestigung. Diese Werkstoffe sollten deshalb<br />
nicht bei höheren Temperaturen eingesetzt werden.<br />
In Tab. 1 sind die untersuchten Tellerfeder-Varianten<br />
aufgelistet. Neben gebräuchlichen rostfreien<br />
Federstahlqualitäten in unterschiedlichen Herstellungsvarianten<br />
wurde auch 51CrV4-Stahl mit verschiedenen<br />
Beschichtungen untersucht.<br />
02 1.4310 63 x 31 x 1,9 x 4,15 (C) Gestanzt (S) + gedreht (D) + kugelgestrahlt (K)<br />
03 1.4310 80 x 41 x 3 x 5,3 (B) Gestanzt (S) + gedreht (D)<br />
04 1.4568 63 x 31 x 1,8 x 4,15 (C) Gestanzt (S) + gedreht (D)<br />
05 1.4568 63 x 31 x 1,8 x 4,15 (C) Gestanzt (S) + gedreht (D) + kugelgestrahlt (K)<br />
06 1.4568 63 x 31 x 1,8 x 4,15 (C) Gestanzt (S) + gedreht (D) + kolsterisiert<br />
07 1.8159 63 x 31 x 1,8 x 4,15 (C) Mechanisch verzinkt + gelb chromatiert + versiegelt<br />
08 1.8159 63 x 31 x 1,8 x 4,15 (C) Mechanisch verzinkt + transp. chromatiert + versiegelt<br />
09 1.8159 63 x 31 x 1,8 x 4,15 (C) Dacromet 500 beschichtet<br />
10 1.8159 63 x 31 x 1,8 x 4,15 (C) Geomet beschichtet<br />
11 1.8159 63 x 31 x 1,8 x 4,15 (C) Delta Tone (2 mal) + Delta Seal (2 mal)-beschichtet<br />
12 1.8159 63 x 31 x 1,8 x 4,15 (C) Chemisch vernickelt<br />
13 1.8159 63 x 31 x 1,8 x 4,15 (C) Lackiert mit wasserverdünnbarem Lack<br />
14 1.8159 63 x 31 x 1,8 x 4,15 (C) Geölt<br />
Beim Werkstoff X7CrNiAl17-7 (1.4568) bis Dicke<br />
2,5 mm (bei größeren Mengen bis 3,0 mm) wird<br />
neben der Kaltverfestigung noch eine einfache<br />
Aushärtung (Warmauslagerung bei 480 °C) durchgeführt,<br />
die eine Warmfestigkeit bis 350 °C ermöglicht.<br />
Die durch die Warmauslagerung erreichte<br />
Festigkeitssteigerung hat den Vorteil, dass bei<br />
gleicher Endfestigkeit eine geringere Kaltverfestigung<br />
wie bei X10CrNi18-8 (1.4310) benötigt wird.<br />
Hierdurch wird das Korrosionsverhalten positiv<br />
beeinflusst. Dieser Werkstoffzustand wurde in der<br />
vorliegenden Untersuchung verwendet.<br />
Der Werkstoff X7CrNiAl17-7 (1.4568) wird in<br />
Dicken > 2,5 mm (3 mm) im weichen lösungsgeglühten<br />
Zustand verarbeitet. Die erforderliche Festigkeit<br />
wird dann durch eine zweifache Warmauslagerung<br />
(Strukturvergütung) erreicht. Da die erste<br />
Auslagerung bei einer Temperatur von 760 °C<br />
erfolgen muss, kommt es hierbei zu Chromkarbidausscheidungen<br />
bevorzugt an den Korngrenzen.<br />
Die Korrosionsbeständigkeit dieses Werkstoffzustandes<br />
wird dadurch erheblich vermindert.<br />
Federn im strukturvergüteten Zustand sollten nur<br />
bei Anforderungen an die Warmfestigkeit eingesetzt<br />
werden.<br />
BESCHICHTUNGEN<br />
Beschichtung Schichtdicke<br />
Mechanisch verzinkt + gelb chromatiert + versiegelt Q 8 µm<br />
Mechanisch verzinkt + transp. chromatiert + versiegelt Q 8 µm<br />
Dacromet 500 beschichtet Q 5 µm<br />
Geomet beschichtet Q 8 µm<br />
Delta Tone (2 mal) + Delta Seal (2 mal)-beschichtet Q 14+4 µm<br />
Chemisch vernickelt Q 25 µm<br />
Lackiert mit wasserverdünnbarem Lack Q 15 µm<br />
MECHANISCHES VERZINKEN<br />
Das für Tellerfedern am häufigsten eingesetzte Verzinkungsverfahren<br />
ist das Kugel-Plattieren. Bei diesem<br />
Verzinken werden die Teile nach sorgfältigem<br />
Reinigen im Tauchverfahren (stromlos) mit einer<br />
dünnen Kupferschicht versehen, anschließend werden<br />
die Teile zusammen mit Zinkpulver und Glaskugeln<br />
verschiedener Größe in einer Trommel unter<br />
Zugabe eines Promotors einer bewegenden Behandlung<br />
unterzogen. Nach einer bestimmten Zeit<br />
wird die Behandlung abgebrochen, wobei 95 –<br />
98 % des zugegebenen Zinks auf den Tellerfedern<br />
plattiert ist. Zum Schluss werden die Teile in einer<br />
Chromatlösung chromatiert. Die Wirksamkeit von<br />
water (vapour)<br />
lamellar round, angular<br />
Die Beschichtungen für die Tellerfedervarianten<br />
aus 1.8159 sind in nachfolgender Tabelle aufgelistet.<br />
Die ausgewählten Typen sind praxisrelevant<br />
und haben aufgrund der Erfahrung bewährte Eigenschaften.<br />
Die Beschichtungen wurden ohne<br />
Phosphatierung appliziert.<br />
Chromatschichten wird bei Temperaturen über<br />
60 °C wieder abgebaut. Bei fachgerechter Anwendung<br />
des Verfahrens tritt eine geringe, vernachlässigbare<br />
Wasserstoffversprödung der Werkstücke<br />
auf.<br />
DACROMET-BESCHICHTUNG<br />
Bei Dacromet handelt es sich um eine anorganische,<br />
metallisch-silbergraue Beschichtung aus<br />
Zink- und Aluminium-Lamellen in einer Chromatverbindung<br />
(CrVI-haltig!). Der lamellare Aufbau<br />
kann den Korrosionsfortschritt senkrecht zur Oberfläche<br />
durch eine horizontale Ablenkung verringern<br />
(Abb. 1).<br />
pigment- and<br />
filler particles<br />
vehicle (binder)<br />
metal surface<br />
Tab. 2:<br />
Beschichtungen für<br />
die Tellerfedern aus<br />
1.8159 und Schichtdicken.<br />
Abb. 1:<br />
Schema der Diffusion<br />
von Wasser in<br />
pigmentierten<br />
Lacken [1].<br />
5
6<br />
Die Bauteile werden als Gestell- oder Trommelware<br />
behandelt und die Schicht anschließend bei Temperaturen<br />
< 280 °C eingebrannt. Dacromet beschichtete<br />
Federn weisen eine sehr gute Beständigkeit<br />
im Salzsprühnebeltest auf. Bei der üblichen<br />
Verfahrensführung, d.h. ohne eine Beizvorbehandlung,<br />
ist eine Wasserstoffversprödung völlig ausgeschlossen.<br />
Die Federn werden in metallisch reinem Zustand<br />
in eine wässrige Dispersion aus Zinkflocken,<br />
Chromsäure und verschiedenen organischen Bestandteilen<br />
getaucht. Die Schicht wird bei hohen<br />
Temperaturen eingebrannt. Dieser Vorgang kann<br />
mehrfach wiederholt werden, wobei Schichtdicken<br />
von ca. 6, 8 bzw. 12 µm bei ein-, zwei- bzw. dreimaligem<br />
Auftragen erzielt werden. Nach zweimaligem<br />
Auftragen beträgt die Korrosionsbeständigkeit<br />
im Salzsprühtest nach DIN 50 021 SS mehr als<br />
240 h.<br />
GEOMET-BESCHICHTUNG<br />
Als Alternative zur Chrom-VI-haltigen Dacromet-<br />
Produktreihe wurde die Geomet-Beschichtung entwickelt.<br />
Zielsetzung war es, die gleichen Korrosionsschutz-Eigenschaften<br />
wie bei der chrom(VI)haltigen<br />
Dacromet-Beschichtung darzustellen. Analog<br />
zur Dacromet- und Delta-Tone-Beschichtung<br />
handelt es sich um einen nicht elektrolytisch aufgebrachten<br />
Überzug, bestehend aus Zink- und<br />
Aluminium-Lamellen und einer mineralischen<br />
Versiegelung, die zusätzlich mit einer organischen<br />
Beschichtung versehen werden kann. Die Gefahr<br />
der Wasserstoffversprödung besteht nicht.<br />
DELTA TONE +<br />
DELTA SEAL-BESCHICHTUNG<br />
Ähnlich der Dacromet-Beschichtung handelt es<br />
sich hierbei um ein anorganisches metallpigmentiertes<br />
Beschichtungsmaterial, das aufgrund des<br />
möglichen kathodischen Schutzes von Stahl als<br />
Alternative zum galvanischen oder mechanischen<br />
Verzinken entwickelt wurde. Nach dem Einbrennen<br />
der wie Farbe zu applizierenden lösemittelhaltigen<br />
Beschichtung (bei 200 °C über 15 min werden<br />
die metallischen Partikel mit einem anorganischen<br />
Bindemittel vernetzt), werden silbrig-metallische<br />
Überzüge erzeugt.<br />
Für eine Vielzahl von Anwendungen realisiert Delta<br />
Tone mit/ohne organische Versiegelung einen<br />
außerordentlich guten Korrosionsschutz. Die Gefahr<br />
einer Wasserstoffversprödung besteht nicht.<br />
■ Beständigkeit im Salzsprühtest<br />
nach DIN 50 021: 1.000 h<br />
■ Beständigkeit im Kesternich-Test<br />
nach DIN 50 018: 15 Runden<br />
■ Beständigkeit im Schwitzwassertest<br />
nach DIN 50 017: 1.000 h<br />
Der Zn- und Al-haltige sogenannte »Basecoat«<br />
Delta-Tone kann in Schichtdicken zwischen 5 und<br />
12 µm wie Farbe appliziert werden. Im ausgehärteten<br />
Zustand sind keine organischen Bestandteile<br />
in der Beschichtung mehr vorhanden, welche die<br />
metallischen Pigmente isolieren könnten.<br />
Der organische »Topcoat« Delta-Seal wirkt isolierend<br />
und schützend vor Kontaktkorrosion, ist in<br />
Säuren und Laugen beständig. Durch Zugaben von<br />
Festschmierstoffen kann eine Herabsetzung des<br />
Reibungswiderstandes erreicht werden.<br />
CHEMISCHE VERNICKELUNG<br />
Nickelschichten werden in der Regel für genau<br />
definierte Einsatzfälle als Korrosionsschutz, Verschleißschutz<br />
oder aus optischen Gründen eingesetzt.<br />
Für Tellerfedern kommt dabei die chemische<br />
Vernickelung zum Einsatz. Bei diesem Verfahren<br />
entstehen als Schichtwerkstoffe Nickel-Phosphor-<br />
Legierungen. Über die Höhe des Phosphorgehaltes<br />
wird das Verhalten der Beschichtung beeinflusst.<br />
Mit 10 – 13 % Phosphor wird die beste Korrosionsbeständigkeit<br />
und beste Duktilität erreicht.<br />
Mit abnehmendem Phosphorgehalt wird die Verschleißfestigkeit<br />
erhöht und die Korrosionsbeständigkeit<br />
verringert. Da während des Abscheidungsprozesses<br />
als Nebenreaktion Wasserstoff entsteht,<br />
kann eine Wasserstoffversprödung nicht ganz ausgeschlossen<br />
werden.<br />
Einen Überblick der üblichen Beschichtungsverfahren<br />
sowie deren Beständigkeit im Salzsprühnebeltest<br />
nach DIN 50 021 gibt nachfolgende Tabelle:<br />
Verfahren Schichtaufbau Schichtdicke<br />
[µm]<br />
Beständigkeit im Salzsprühnebeltest nach DIN 50 021<br />
[h] 200 400 600 800 1000<br />
Brünieren Metalloxide + Öl 0,5 – 1,5<br />
Phosphatieren Zinkphosphat + Öl 10 – 15<br />
Standardschutz<br />
Phosphatieren Zinkphosphat + Wachs ca. 10 – ca. 40<br />
Galvanisch Verzinken Zink Q 8<br />
Galvanisch Verzinken Zink Q 12<br />
Galv. Verzinken + Gelbchromat. Zink + Chrom Q 8<br />
Galv. Verzinken + Gelbchromat. Zink + Chrom Q 12<br />
Mech. Verzinken Zink Q 12<br />
Mech. Verzinken + Gelbchromat. Zink + Chrom Q 12<br />
Delta-Seal Zinkph. + org. Schicht + Öl 10 –15<br />
Delta-Tone Zinkph. + Zinkstaubbesch. 10 –15<br />
Chemisch vernickelt Nickel ca. 25<br />
Dacromet 500-A Chromat. Zinklamellen Q 5<br />
Dacromet 500-B Chromat. Zinklamellen Q 8<br />
KORROSIONSMEDIEN<br />
Für die Untersuchung wurden die in Tab. 4 dargestellten<br />
Umgebungsmedien verwendet. Es wurden<br />
sechs Medien mit unterschiedlichem Charakter<br />
ausgewählt, um einige praxisnahe Bedingungen<br />
mit häufigem Vorkommen in den Versuchen abzubilden.<br />
Gesättigte künstliche Meerwasseratmosphäre<br />
simuliert die Umgebungsbedingung in Meeresumgebung.<br />
Tellerfedern dienen oft zur Vorspannung<br />
von Brücken oder Schleusentoren, die sich in der<br />
Nähe vom Meer befinden. Für die Untersuchungen<br />
wurde daher künstliches Meerwasser nach DIN<br />
50905 verwendet, das einen Standardsalzgehalt<br />
von 3,5% und einen pH-Wert im Bereich von 7,8<br />
bis 8,2 besitzt.<br />
Die 3%ige NaCl-Lösung stellt z.B. eine Arbeitsbedingung<br />
im Fahrzeugbau dar. Dort kommen die<br />
Tellerfedern durch den Einsatz des Streusalzes<br />
im Winter in Berührung mit der chloridhaltigen<br />
Lösung. Um zusätzlich den Einfluss der Chloridkonzentration<br />
auf das Korrosionsverhalten der<br />
Tellerfedern zu untersuchen, wurde die 40%ige<br />
MgCl 2-Lösung auch in das Versuchsprogramm aufgenommen,<br />
da das MgCl 2-Salz bei Raumtemperatur<br />
leichter lösbar ist.<br />
Medien ph-Wert Leitfähigkeit [ms/cm]<br />
Gesättigte Meerwasseratmosphäre 7,80 52,70<br />
40%ige MgCl 2-Lösung (Magnesiumchlorid) 5,02 140,60<br />
3%ige NaCl-Lösung (Natriumchlorid) 5,29 42,40<br />
0,1n NaOH (Natronlauge) 12,90 19,77<br />
0,1m Zitronensäure (C 6H 8O 7 2,09 2,90<br />
Deionat 7,40 0,002<br />
Tab. 3:<br />
Relative Einschätzung<br />
des mit den jeweiligen<br />
Verfahren erreichbaren<br />
Korrosionsschutzes<br />
und seine Beständigkeit<br />
im Salzsprühnebeltest<br />
[2].<br />
Tab. 4:<br />
Umgebungsmedien für<br />
die Untersuchungen.<br />
7
Tab. 5: Zusammenfassung<br />
der Ergebnisse<br />
der Tauchversuche.<br />
✩ – gut<br />
★ – mittel<br />
✪ – schlecht<br />
● – sehr schlecht<br />
8<br />
Weitere Anwendungen von Tellerfedern findet man<br />
auch in der Nahrungsmittelindustrie. Bei Maschinen<br />
und Anlagen der Nahrungsmittelindustrie entsteht<br />
die Korrosionsbeanspruchung nicht nur aus<br />
der möglichen Aggressivität der verarbeiteten Stoffe,<br />
sondern vielfach auch durch die intensive Reinigung<br />
der Geräte mit sauren oder alkalischen Lösungen.<br />
Die 0,1-normale NaOH und 0,1-molare<br />
Zitronensäure sind stellvertretend für alkalische<br />
und saure Medien zu betrachten.<br />
Deionat ist entsalztes Wasser mit niedriger Leitfähigkeit<br />
und wurde als neutrales Referenzmedium<br />
eingesetzt.<br />
KORROSIONS-PRÜFVERFAHREN<br />
In dem Forschungsvorhaben wurden folgende Untersuchungsverfahren<br />
angewendet und daraus einige<br />
Ergebnisse hier dargestellt:<br />
■ Tauchversuche ohne Belastung<br />
■ VDA-Wechselteste<br />
■ Elektrochemische Versuche *<br />
■ Spannungsrisskorrosionsversuche<br />
mit Konstantlast<br />
■ Dehnungsinduzierte<br />
Spannungsrisskorrosionsversuche<br />
■ Schwingungsrisskorrosionsversuche<br />
■ VDA-Wechseltests mit mechanischer<br />
Beanspruchung<br />
■ Begleitende Untersuchungen (metallographische<br />
Untersuchung, rasterelektronenmikroskopische<br />
Untersuchung, Eigenspannungsmessung)*<br />
(Die mit * gekennzeichneten Untersuchungen sind<br />
in diesem Bericht nicht aufgeführt.)<br />
Da die Tauchversuche keine genormten Versuche<br />
sind, wurde zusätzlich der standardisierte VDA-<br />
Wechseltest [3] in das Versuchsprogramm aufgenommen.<br />
TAUCHVERSUCHE<br />
Die Tauchversuche zeigen das Korrosionsverhalten<br />
der Tellerfedervarianten unter einfacher korrosiver<br />
Beanspruchung auf. Dabei werden die Korrosionserscheinungen<br />
auf der Tellerfeder im Verlauf der<br />
Versuchszeit (4 Wochen) beobachtet und ein erster<br />
qualitativer Eindruck über die Korrosionsbeständigkeit<br />
der Tellerfedern in den verschiedenen<br />
Medien gewonnen.<br />
Die Versuche wurden bei Raumtemperatur und<br />
ohne Luftzufuhr mit dem Medium durchgeführt.<br />
Die Prüflinge wurden zur Hälfte in das jeweilige<br />
Medium gehängt und sind mechanisch und elektrisch<br />
unbelastet. Es wurden nur die Korrosions -<br />
erscheinungen betrachtet, da die Tellerfedern in<br />
der Praxis meistens durch Spannungsrisskorrosion<br />
Tellerfedervarianten 40 % MgCl 2 3 % NaCl 0,1 n NaOH 0,1 m Säure<br />
1.4310/C/S + D ★ ✩ ✩ ✩<br />
1.4310/C/S + D + K ★ ✩ ✩ ✩<br />
1.4310/B/S + D ★ ✩ ✩ ✩<br />
1.4568/C/S + D ★ ✩ ✩ ✩<br />
1.4568/C/S + D + K ✪ ★ ✩ ✩<br />
1.4568/C/S + D + kolsterisiert ● ✪ ✩ ✩<br />
Mechanisch verzinkt + gelb chromatiert ✩ ✪ ✩ ●<br />
Mechanisch verzinkt + transp. chromatiert ✩ ★ ✩ ●<br />
Dacromet beschichtet ✩ ✩ ✩ ●<br />
Geomet beschichtet ✩ ✩ ✩ ●<br />
Delta Tone + Delta Seal ✩ ★ ✩ ✪<br />
Chemisch vernickelt ✪ ✪ ✩ ✪<br />
Lackiert mit wasserverdünnbarem Lack ✩ ✩ ★ ✪<br />
Geölt ● ● ✩ ●<br />
Abb. 2: Versuchsanordnung Tauchversuche.<br />
oder Schwingungsrisskorrosion zu Bruch gehen<br />
und die lokale Korrosion wichtiger ist. Deshalb<br />
wurde auf die Auswertung des Gewichtsverlustes<br />
verzichtet.<br />
ERGEBNISSE DER TAUCHVERSUCHE<br />
Für eine übersichtliche Darstellung sind die Ergebnisse<br />
nach folgendem Schema bewertet worden<br />
und in Tab. 5 aufgeführt:<br />
Gut: keine Korrosionserscheinung<br />
erkennbar<br />
Mittel: geringe Korrosionserscheinung<br />
(punktförmig)<br />
Schlecht: von dünner Korrosionsproduktschicht<br />
bedeckt (fleckenförmig).<br />
Sehr schlecht: von dicker Korrosionsproduktschicht<br />
bedeckt (flächig)<br />
Da im Tauchversuch die Tellerfedern nur korrosiv<br />
(ohne mechanische oder elektrische Beanspruchung)<br />
angegriffen werden, bilden die Ergebnisse<br />
der Tauchversuche eine Basis für die Einschätzung<br />
des Korrosionsverhaltens der Tellerfedern unter<br />
Komplexbeanspruchung.<br />
In 40%iger MgCl 2 -Lösung korrodieren die rostfreien<br />
Stähle 1.4310 und 1.4568. Das Kugelstrahlen<br />
verbessert das Verhalten im Fall 1.4310 etwas, im<br />
Fall 1.4568 tritt eine Verschlechterung auf. Das<br />
Kolsterisieren bedeutet nochmals eine Verschlechterung<br />
für 1.4568.<br />
Die beschichteten Tellerfedern haben eine bessere<br />
Korrosionsbeständigkeit in 40%iger MgCl 2 -Lösung<br />
als die Federn aus nicht rostenden Stählen, mit<br />
Ausnahme der chemisch vernickelten Variante. Die<br />
chemisch vernickelte Variante leidet an den Fehlstellen<br />
in der Schicht in Form von Poren. Die nur<br />
geölten Stahlfedern weisen einen nur kurzzeitigen<br />
Korrosionsschutz auf und schneiden am schlechtesten<br />
ab.<br />
In 3%iger NaCl-Lösung verhalten sich die Federn<br />
aus nicht rostendem Stahl besser als in 40%iger<br />
MgCl 2 -Lösung, die beschichteten Federn teilweise<br />
schlechter. Die mit Zn beschichteten Federn verhalten<br />
sich in der hoch Cl-haltigen Lösung besser<br />
aufgrund der Bildung einer Simonkolleit-Schicht<br />
(Zn 5 (OH)8Cl 2 H 2 O).<br />
In 0,1n NaOH korrodiert keine der untersuchten<br />
Tellerfedervarianten, da sich eine dichte Schutzschicht<br />
bildet. Der wasserverdünnbare Lack wird in<br />
0,1n NaOH aufgelöst.<br />
Für einen Tellerfeder-Einsatz in Säuren sollten<br />
nichtrostende Stähle verwendet werden, die hier<br />
eine gute Beständigkeit zeigten. Die Zn-Beschichtungen<br />
reagieren mit der Säure und lösen sich unterschiedlich<br />
schnell auf. Die chemische Vernickelung<br />
zeigt auch hier wieder aufgrund der Poren in<br />
der Schicht eine schlechte Wirkung.<br />
VDA-WECHSELTESTS<br />
Der VDA-Wechseltest ist ein anerkanntes und insbesondere<br />
in der Automobilindustrie häufig angewandtes<br />
Korrosionsuntersuchungsverfahren. Da<br />
die Tauchversuche keine genormten Versuche sind,<br />
wurde zusätzlich der standardisierte VDA-Wechseltest<br />
[3] in das Versuchsprogramm aufgenommen.<br />
Ein Zyklus des VDA-Wechseltests gemäß VDA-Prüfblatt<br />
612-415 besteht aus [4]<br />
■ 24 h Salzsprühnebeltest nach DIN 50021<br />
bei 35 °C<br />
■ 96 h Kondenswassertest nach DIN 50017 KFW<br />
bei 40 °C<br />
■ 48 h Normklima nach DIN 50014<br />
In der Salzsprühkammer wurden die einzelnen Tellerfedern<br />
einfach an Stäben aufgehängt. Die Testzeit<br />
betrug 4 VDA-Zyklen (vier Wochen). Das wichtige<br />
Bewertungskriterium ist hier die Stärke der<br />
Korrosionserscheinung.<br />
9
Abb. 3:<br />
Korrosionserscheinung<br />
auf den Tellerfedern<br />
nach 4 Zyklen<br />
VDA-Test.<br />
10<br />
ERGEBNISSE DES<br />
VDA-WECHSELTESTS<br />
UND DISKUSSION<br />
In Abb. 3 sind alle 14 getesteten Tellerfedervarianten<br />
nach 4 VDA-Wechseltest-Zyklen gezeigt. Die<br />
kugelgestrahlte Tellerfeder aus 1.4310 lässt keine<br />
Korrosion erkennen, auf den anderen beiden Varianten<br />
befindet sich eine geringe Anzahl bräunlicher<br />
Flecken, ähnlich auch auf der nicht kugel -<br />
gestrahlten Tellerfedervariante aus 1.4568. Die<br />
kugelgestrahlte Variante aus 1.4568 verhält sich<br />
etwas schlechter, aber der Unterschied ist sehr<br />
gering. Deshalb wurden diese fünf Varianten nach<br />
der vierwöchigen regulären Versuchszeit noch weitere<br />
9 Wochen in der Salzsprühkammer belassen.<br />
Die kolsterisierte Variante aus 1.4568 weist die<br />
schlechteste Korrosionsbeständigkeit unter den<br />
Tellerfedervarianten aus den nicht rostenden Stählen<br />
auf. Die Feder ist mit einer großen Anzahl tief<br />
rostbrauner Flecken fast vollständig bedeckt.<br />
1.4310 / C / S + D 1.4310 / C / S + D + K<br />
1.4310 / B / S + D 1.4568 / C / S + D<br />
1.4568 / C / S + D + K 1.4568 / C / S + D + kolsterisiert<br />
Mechan. verzinkt + gelb chrom. Mechan. verzinkt + transp. chrom.<br />
Dacromet beschichtet Geomet beschichtet<br />
Delta Tone + Delta Seal Chemisch vernickelt<br />
Wasserverd. lackiert Geölt<br />
Abb. 3:<br />
(Fortsetzung)<br />
11
Abb. 4:<br />
Korrosionserscheinung<br />
auf den Tellerfedern<br />
nach 13 Zyklen<br />
VDA-Wechseltest.<br />
Tab. 6:<br />
Vergleich der Ergebnisse<br />
aus den Tauchversuchen<br />
und den<br />
VDA-Wechseltests [6].<br />
✩ – gut<br />
★ – mittel<br />
✪ – schlecht<br />
● – sehr schlecht<br />
+2: 2 Stufen besser<br />
–2: 2 Stufen<br />
schlechter usw.<br />
12<br />
1.4310 / C / S + D 1.4310 / C / S + D + K<br />
1.4568 / C / S + D 1.4568 / C / S + D + K<br />
Tellerfedervarianten VDA 3 % NaCl 40 % MgCl 2<br />
Wechseltest<br />
1.4310/C/S + D ✩ 0 +1<br />
1.4310/C/S + D + K ✩ 0 +1<br />
1.4310/B/S + D ✩ 0 +1<br />
1.4568/C/S + D ★ -1 0<br />
1.4568/C/S + D + K ✪ -1 0<br />
1.4568/C/S + D + kolsterisiert ● -1 0<br />
Mechanisch verzinkt + gelb chromatiert ● -1 -3<br />
Mechanisch verzinkt + transp. chromatiert ✪ -1 -2<br />
Dacromet beschichtet ✩ 0 0<br />
Geomet beschichtet ✩ 0 0<br />
Delta Tone + Delta Seal ★ 0 -1<br />
Chemisch vernickelt ✪ 0 0<br />
Lackiert mit wasserverdünnbarem Lack ✪ -2 -2<br />
Geölt ● 0 0<br />
Die Dacromet und Geomet beschichteten Tellerfedern<br />
aus Stahl korrodieren wie die kugelgestrahlte<br />
Tellerfeder aus 1.4310 nicht. Die Delta Tone +<br />
Delta Seal beschichtete Tellerfeder wurde vom Korrosionsmedium<br />
angegriffen, dabei bildete sich<br />
eine große Anzahl weißer Flecken, d.h. der Grundwerkstoff<br />
1.8159 korrodiert nicht. Noch schlechter<br />
verhalten sich die mechanisch verzinkten Tellerfedervarianten.<br />
Die gelb chromatierten wurden von<br />
einer großen Anzahl tief rostbrauner Flecken, die<br />
transparent chromatierten von einer kleinen Anzahl<br />
rostbrauner Flecken und einer großen Anzahl weißer<br />
Flecken bedeckt. Das Problem der Fehlstellen<br />
in der Beschichtung an den Kanten erscheint bei<br />
der chemisch vernickelten und der Feder mit wasserverdünnbaren<br />
Lack. Dort zeigt eine mittlere<br />
Anzahl rostbrauner Flecken eine Korrosion des<br />
Grundwerkstoffes an. Die nur geölte Tellerfedervariante<br />
verhält sich am schlechtesten und weist eine<br />
starke flächige Korrosion auf.<br />
In der Tab. 6 werden die Ergebnisse der VDA-Wechseltests<br />
und der Tauchversuche in 40%iger MgCl 2-<br />
Lösung und in 3%iger NaCl-Lösung miteinander<br />
verglichen. Die drei Versuche sind sich ähnlich<br />
durch die chloridhaltige Lösung und die Anwesenheit<br />
von Sauerstoff. Der Unterschied ist die Konzentration<br />
und die Versuchstemperatur. Die hohe<br />
Konzentration der Chloride kann die Korrosion fördern,<br />
wie z.B. bei den Tellerfedervarianten aus den<br />
nicht rostenden Stählen durch die Zerstörung der<br />
in der Luft gebildeten Schutzschicht, oder die<br />
Korrosion hemmen, wie z.B. bei den mit Zink beschichteten<br />
Tellerfedervarianten durch die Bildung<br />
der Simonkolleit-Schicht.<br />
Eine hohe Sauerstoff-Konzentration hat die gleiche<br />
Wirkung: bei den aus nicht rostenden Stählen gefertigten<br />
Tellerfedervarianten verhindert sie durch<br />
die Bildung der Oxidschicht eine fortschreitende<br />
Korrosion, und zugleich beschleunigt sie die Korrosionsgeschwindigkeit<br />
durch Beteiligung an der Reaktion<br />
[5]. Deshalb empfiehlt es sich, jede Kombination<br />
Metall/Medium/Beanspruchung als ein<br />
eigenes System zu betrachten und separat zu behandeln.<br />
Während des VDA-Wechseltestes bekommen<br />
die aufgehängten Tellerfedern wesentlich<br />
mehr Sauerstoff ab als während des Tauchversuches,<br />
dabei aber weniger Chlorid, da sie nach<br />
VDA-Prüfblatt 612-415 pro Zyklus (7 Tage) nur 24<br />
Stunden einen direkten Kontakt mit dem Salzsprühnebel<br />
haben.<br />
In Abb. 4 sind die Fotos von Tellerfedern aus rost-<br />
freiem Stahl nach 13 Zyklen VDA-Wechseltest dargestellt.<br />
Die Tellerfeder aus 1.4568 gedreht und<br />
besonders kugelgestrahlt ist etwas schlechter als<br />
die Varianten aus 1.4310.<br />
ZUSAMMENFASSUNG<br />
DER VDA-WECHSELTESTS<br />
Trotz des großen Sauerstoffangebotes zeigen hier<br />
die Tellerfedern aus 1.4310 und die Dacromet<br />
sowie die Geomet beschichteten Tellerfedern eine<br />
sehr gute Korrosionsbeständigkeit. Die Tellerfedern<br />
aus 1.4568 sind etwas schlechter als die aus<br />
1.4310. Die kolsterisierten, die mechanisch verzinkten<br />
und die nur geölten Tellerfedern verhalten<br />
sich deutlich schlechter beim VDA-Wechseltest.<br />
SPANNUNGSRISS-<br />
KORROSIONSVERSUCHE<br />
Bei den Spannungsrisskorrosionsversuchen werden<br />
die Korrosionseinwirkungen in Verbindung mit<br />
einer statischen mechanischen Belastung untersucht.<br />
Die Tellerfedern werden zunächst als Tellerfedersäulen<br />
6 x 1 oder 4 x 2 verspannt und anschließend<br />
in das Korrosionsmedium eingetaucht.<br />
Neu konzipierte Prüfeinrichtungen für die Verspannung<br />
stellen sicher, dass die Tellerfedern keiner<br />
Kontaktkorrosion unterliegen. Wie die Tauchversuche,<br />
sind die Spannungsrisskorrosionsversuche<br />
nicht standardisiert, deshalb wird zusätzlich der<br />
VDA-Wechseltest mit mechanischer Beanspruchung<br />
durchgeführt. Außerdem werden dehnungsinduzierte<br />
Spannungsrisskorrosionsversuche vorgenommen.<br />
Bei diesen Versuchen wird die Versuchstemperatur<br />
der verspannten Tellerfedersäule langsam<br />
von 40 °C auf 80 °C und zurück verändert,<br />
um das durch die Temperaturschwankung hervorgerufene<br />
Verhalten zu prüfen<br />
DURCHFÜHRUNG DER SPANNUNGS-<br />
RISSKORROSIONSVERSUCHE<br />
Die Vorbereitung der Spannungsrisskorrosionsversuche<br />
läuft nach den folgenden Arbeitsschritten<br />
ab (Abb. 5): Reinigen, Verspannen als 6 x 1 oder<br />
4 x 2 – Säule auf einer speziellen Vorrichtung auf<br />
0,2h 0, 0,4h 0, 0,6h 0 oder 0,8h 0, verbringen der<br />
13
Abb. 5:<br />
Arbeitsschritte für<br />
die Spannungsrisskorrosionsversuche.<br />
14<br />
Säule in ein abgedichtetes Glasgefäß (Abb. 6) mit<br />
dem Korrosionsmedium und Auslagern in einem<br />
Wärmeschrank bei 40 oder 80 °C. Die Prüfkörper<br />
wurden täglich kontrolliert und die Korro sions -<br />
lösung alle 2 Wochen erneuert. Bei Vorliegen eines<br />
Bruches einer Tellerfeder wird der Versuch beendet.<br />
ERGEBNISSE DER SPANNUNGSRISS-<br />
KORROSIONSVERSUCHE<br />
UND DISKUSSION<br />
Bei der Spannungsrisskorrosion versagen Tellerfedern<br />
grundsätzlich durch Rissbildung. Deshalb<br />
wird hier die Lebensdauer der Tellerfedersäule bis<br />
zum Bruch als das wichtigste Bewertungsmerkmal<br />
erachtet. Um den Einfluss der Schichtung zu analysieren,<br />
wurden die Untersuchungen sowohl an<br />
6 x 1 geschichteter Tellerfedersäule als auch an<br />
4 x 2 geschichteter Tellerfedersäule durchgeführt.<br />
<strong>KORROSIONSVERHALTEN</strong><br />
DER 6 X 1 GESCHICHTETEN<br />
TELLERFEDERSÄULE<br />
Die Höhe der (örtlichen) Biegezugspannung hängt<br />
nicht nur von der Vorspannung ab, sondern auch<br />
von der Kerbwirkung der korrosionsbedingten<br />
Kerbe. Darüber hinaus gibt es noch andere Faktoren,<br />
z.B. Oberflächenbeschaffenheit, eventuelle<br />
Werkstofffehler sowie der Fertigungszustand der<br />
Tellerfedern, die den Vorgang der Rissbildung bestimmen<br />
können. Die Versuchsergebnisse wiesen<br />
deshalb eine relativ große Streubreite auf, weshalb<br />
die Versuche möglichst häufig wiederholt wurden.<br />
Dabei wurde jeweils die kürzeste Lebensdauer in<br />
der Auswertung herangezogen. Nach 2500 h wurden<br />
die Versuche ohne Bruch beendet und als Beständigkeitsgrenze<br />
betrachtet.<br />
In den Versuchen wurde festgestellt, dass die Temperatur<br />
und die Belastung die beiden entscheidenden<br />
Faktoren für die Lebensdauer der Feder<br />
sind. Höhere Temperatur bedeutet eine höhere<br />
Korrosionsgeschwindigkeit; für die Rissbildung ist<br />
die Biegezugspannung in der Tellerfeder maßgebend<br />
verantwortlich. Abb. 6: verspannte Tellerfedersäule im Glasgefäß.<br />
Tellerfedervarianten Meerwasser MgCl 2 NaCl NaOH Säure<br />
1.4310 / C / S + D >2500h 356h >2500h >2500h >2500h<br />
1.4310 / C / S + D + K >2500h 429h >2500h >2500h >2500h<br />
1.4310 / B / S + D >2500h 1968h >2500h >2500h >2500h<br />
1.4568 / C/ S + D >2500h 140h >2500h >2500h >2500h<br />
1.4568 / C / S + D + K >2500h 140h >2500h >2500h >2500h<br />
1.4568 / C / S + D + kolsterisiert 284h 2177h >2500h >2500h >2500h<br />
Mechan. verzinkt + gelb chrom. 912h >2500h >2500h >2500h 68h<br />
Mechan. verzinkt + transp. chrom. 1129h >2500h >2500h >2500h 68h<br />
Dacromet beschichtet >2500h >2500h >2500h >2500h 891<br />
Geomet beschichtet >2500h >2500h >2500h >2500h 891<br />
Delta Tone + Delta Seal 620h >2500h 738h >2500h 526h<br />
Chemisch vernickelt 1057h 837h 455h >2500h 380h<br />
Wasserverd. Lackiert 837h >2500h 360h >2500h 262h<br />
Geölt 1323h 1752h 1534h >2500h 839h<br />
In Tabelle 7 sind die kürzesten Lebensdauerwerte<br />
der Tellerfedern wiedergegeben, die bei der statischen<br />
Einfederung 0,8h 0 (80% Einfederung) und<br />
der Versuchstemperatur 80 °C erreicht wurden.<br />
Alle untersuchten Tellerfedern zeigen in der 0,1n<br />
Natronlauge ein sehr gutes Spannungsrisskorrosionsverhalten<br />
im Vergleich zu den anderen Medien.<br />
Bei keiner Tellerfedervariante trat in der Natronlauge<br />
Versagen auf, was auf eine gute Repassivierungsneigung<br />
und –geschwindigkeit zurückzuführen<br />
ist. Selbst die wasserverdünnbar lackierte Tellerfedervariante,<br />
deren Lack sich, wie aus dem Tauchversuch<br />
bekannt, bei 80 °C nach 2 Tagen völlig<br />
ablöst, ist stabil aufgrund von schützenden oxidischen<br />
oder hydroxidischen Deckschichten, die sich<br />
bei einem ph-Wert > 10 bilden.<br />
Die Tellerfedern aus nicht rostenden Stählen<br />
gehen nur in 40%iger MgCl 2 -Lösung zu Bruch, mit<br />
der Ausnahme der kolsterisierten Tellerfedervariante,<br />
die nur in Meerwasseratmosphäre versagte.<br />
Die Dacromet und Geomet beschichteten Teller -<br />
federvarianten brachen in keinem Korrosionsmedium<br />
beim Spannungsrisskorrosionsversuch, wobei<br />
sich deren Beschichtungen nach einiger Zeit aufgelöst<br />
haben, da in sauren Lösungen organischer<br />
Stoffe Zink nicht beständig ist (Dacromet-Beschichtung<br />
nach ca. 20 Versuchsstunden, Geomet-<br />
Beschichtung nach ca. 50 Versuchsstunden). Im<br />
Zustand der abgelösten Beschichtung zeigen diese<br />
beiden Tellerfedervarianten am Versuchsende eine<br />
Flächenkorrosion wie die nur geölte Feder in Zitronensäure.<br />
Die chemisch vernickelten Tellerfedern versagten in<br />
allen Medien außer Natronlauge ähnlich den wasserverdünnbar<br />
lackierten Tellerfedern. Die nur geölte<br />
Tellerfedervariante verhielt sich beim Tauchversuch<br />
am schlechtesten, aber beim Spannungsrisskorrosionsversuch<br />
ging sie nur in Meerwasseratmosphäre<br />
zu Bruch. Entsprechend dem Ergebnis<br />
beim Tauchversuch hat die Delta Tone + Delta Seal<br />
beschichtete Tellerfeder in 40%iger MgCl 2 -Lösung<br />
eine längere Lebensdauer als in 3%iger NaCl-Lösung.<br />
Die meisten beschichteten Tellerfedervarianten<br />
versagten in den chloridhaltigen Lösungen<br />
nicht, aber in Meerwasseratmosphäre. In Deionat<br />
wurden nur die Tellerfedern aus nicht rostenden<br />
Stählen untersucht, wobei alle Federn 2500 Versuchstunden<br />
ohne Befund ertrugen.<br />
Die bei 80 °C durchgeführten Versuche mit Bruch<br />
mindestens einer Tellerfeder wurden noch einmal<br />
bei 40 °C durchgeführt. Die Ergebnisse sind in der<br />
Tab. 8 zusammengestellt. Die Anzahl der gebrochenen<br />
Tellerfedern bei 40 °C ist stark reduziert, da<br />
mit der Abnahme der Versuchstemperatur die Korrosionsgeschwindigkeit<br />
sinkt und die korrosive Beanspruchung<br />
kleiner ist. Trotzdem versagte die<br />
chemisch vernickelte Tellerfedervariante in 40%iger<br />
Tab. 7:<br />
Lebensdauer der 6 x 1–<br />
Tellerfedersäule im<br />
Spannungsrisskorrosionsversuch<br />
bei<br />
0,8 h 0 und 80 °C.<br />
15
16<br />
Tellerfedervarianten Meerwasser MgCl 2 NaCl NaOH Säure<br />
1.4310 / C / S + D >2500h<br />
1.4310 / C / S + D + K >2500h<br />
1.4310 / B / S + D >2500h<br />
1.4568 / C / S + D >2500h<br />
1.4568 / C / S + D + K >2500h<br />
1.4568 / C / S + D + kolsterisiert >2500h >2500h<br />
Mechan. verzinkt + gelb chrom. >2500h 45h<br />
Mechan. verzinkt + transp. chrom. >2500h 284h<br />
Dacromet beschichtet >2500h<br />
Geomet beschichtet >2500h<br />
Delta Tone + Delta Seal >2500h >2500h >2500h<br />
Chemisch vernickelt 834h 694h 116h 1917h<br />
Wasserverd. lackiert >2500h >2500h 356h<br />
Geölt<br />
Tab. 8:<br />
Lebensdauer der<br />
Tellerfedersäule<br />
(6x1–Schichtung) im<br />
Spannungsrisskorrosionsversuch<br />
bei<br />
0,8h 0 und 40 °C.<br />
Abb. 7:<br />
Zustand der mechanisch<br />
verzinkten und<br />
transparent chromatierten<br />
Tellerfedern<br />
nach über 2500 h<br />
unter 0,2h 0 -Belastung<br />
in Zitronensäure.<br />
MgCl 2 -Lösung und in 3%iger NaCl-Lösung, sowie<br />
die mechanisch verzinkte und lackierte Variante<br />
in 0,1m Zitronensäure. Bei der chemisch vernickelten<br />
Tellerfedervariante erscheint es, dass die<br />
Beschleunigung der lokalen Korrosion des Grundwerkstoffes<br />
an Schwachstellen der edleren Beschichtung<br />
effektiver als die Reduzierung der Korrosion<br />
durch eine niedrige Temperatur überwiegt.<br />
Die Beschichtungen der mechanisch verzinkten<br />
und lackierten Tellerfedern reagieren mit der Zitronensäure<br />
auch sehr stark.<br />
Nach dem Vergleich der Tellerfedervarianten bezüglich<br />
der Lebensdauer bis zum Bruch in verschiedenen<br />
Korrosionsmedien (Tab. 7 und 8), stellen die<br />
folgenden Abschnitte das Spannungsrisskorrosionsverhalten<br />
in den verschiedenen Medien im einzelnen<br />
dar. Dabei werden neben der Lebensdauer bis<br />
zum Bruch auch die Korrosionserscheinungen auf<br />
den Federn nach Versuchende betrachtet, da Auflöseerscheinungen<br />
der Tellerfeder (ohne unmittelbare<br />
Rissbildung) nach einer gewissen Zeit als Versagen<br />
zu bewerten sind (vgl. Abb. 7).<br />
Spannungsrisskorrosionsversuch in Meerwasseratmosphäre<br />
1.4310 / C / D<br />
2.500<br />
1.4310 / C / D + K<br />
2.500<br />
1.4310 / B / D<br />
2.500<br />
1.4568 / C / S + D<br />
2.500<br />
1.4568 / C / S + D + K<br />
2.500<br />
1.4568 / C / S + D + kolsterisiert 284<br />
Mechan. verzinkt + gelb chrom. 912<br />
Mechan. verzinkt + transp. chrom. 1.129<br />
Dacromet beschichtet<br />
2.500<br />
Geomet beschichtet<br />
2.500<br />
Delta Tone + Delta Seal<br />
620<br />
Chemisch vernickelt<br />
1.057<br />
Wasserverd. lackiert<br />
837<br />
Geölt<br />
1.323<br />
Lebensdauer [h] 0 500 1.000 1.500 2.000 2.500<br />
SPANNUNGSRISSKORROSIONS-<br />
VERHALTEN<br />
IN MEERWASSERATMOSPHÄRE<br />
Abb. 8 zeigt die Lebensdauer aller Tellerfedervarianten<br />
in gesättigter Meerwasser-Atmosphäre bei<br />
0,8h 0 und 80 °C. Alle nicht rostenden Tellerfedern<br />
mit Ausnahme der kolsterisierten sowie die Dacromet<br />
und Geomet beschichteten Tellerfedern brachen<br />
in Meerwasseratmosphäre nicht. Die kolsterisierten<br />
Tellerfedern zeigten dagegen die kürzeste<br />
Lebensdauer (284 Stunden Standzeit).<br />
Die im Meerwasser gelösten Salze bestehen etwa<br />
zu 77,8 % aus Natriumchlorid (Kochsalz) und ca.<br />
10,9 % aus Magnesiumchlorid, womit Chlor-Ionen<br />
ein Hauptbestandteil sind. Chlor-Ionen wirken sich<br />
besonders negativ auf die Korrosion aus, da sie<br />
die Oxidschichten bei nicht rostenden Metallen<br />
porös werden lassen [3].<br />
Die Tellerfedern aus nicht rostendem Stahl zeigten<br />
ein wesentlich besseres Korrosionsverhalten als<br />
die kolsterisierte Variante (Abb. 9). Nach 2500 h<br />
Versuchszeit traten nur kleine rostbraune Flecken<br />
an der Außenkante (1.4310 kugelgestrahlt) auf.<br />
An Unter- und Oberseite der Tellerfedern waren<br />
keine Korrosionsspuren erkennbar.<br />
Tellerfedern korrodieren am Kantenbereich oft<br />
stärker als an der Unter- und Oberseite. Bei den<br />
beschichteten Federn ist dort durch die dünne<br />
oder undichte Beschichtung kein optimaler Korro-<br />
sionsschutz vorhanden. Bei den nicht rostenden<br />
Tellerfedervarianten entsteht im Kantenbereich<br />
durch das Stanzen und das Drehen Umformmartensit,<br />
der weniger korrosionsbeständig ist wie der<br />
Austenit.<br />
Die Tellerfedervarianten aus nicht rostenden Stählen<br />
zeigen hier ein gutes Spannungsrisskorrosionsverhalten,<br />
weil die Konzentration der in Meerwasseratmosphäre<br />
enthaltenen Chlor-Ionen nicht hoch<br />
genug ist, um die Schutzschicht komplett zu zerstören.<br />
Gleichzeitig wird die Schutzschicht durch<br />
den Sauerstoff in der Luft ständig repariert (die<br />
Federn werden nicht im Medium eingetaucht). Einzige<br />
Ausnahme waren die kolsterisierten Federn,<br />
die alle am Ende der Versuchszeit von einer dicken<br />
rostbraunen Korrosionsproduktschicht bedeckt<br />
waren. Ursache hierfür ist der hohe Kohlenstoffgehalt<br />
in der Randzone.<br />
Die Dacromet und Geomet beschichteten Federn<br />
sahen nach 2500 h wie neu aus. Diese beiden<br />
Beschichtungen verleihen in Meerwasseratmosphäre<br />
dem niedrig legierten Grundwerkstoff einen<br />
optimalen Schutz. Die mechanisch verzinkte Tellerfeder<br />
wird von einer schaumartigen rostbraunen<br />
Korrosionsproduktschicht bedeckt, infolge der<br />
niedrigen Chloridkonzentration in Atmosphäre<br />
bildet sich keine Simonkolleit-Schicht<br />
(Zn 5(OH) 8Cl 2·H 2O), sondern es entstehen lockere<br />
und voluminöse Überzüge auf der Oberfläche.<br />
Diese haben keine definierte Zusammensetzung,<br />
sondern bestehen aus verschiedenen Produkten.<br />
Abb. 8:<br />
Vergleich der Lebensdauer<br />
aller Teller -<br />
federvarianten im<br />
Spannungsrisskorro -<br />
sionsversuch in Meerwasseratmosphäre<br />
(0,8h 0 und 80 °C).<br />
17
Abb. 9:<br />
Korrosionserscheinungen<br />
auf den Tellerfedern<br />
beim Spannungsrisskorrosionsversuch<br />
in Meerwasseratmosphäre<br />
(0,8h 0 und<br />
80 °C).<br />
18<br />
Außerdem wird die Wirksamkeit von Chromatschichten<br />
bei Temperaturen über 60 °C abgebaut.<br />
Der Zustand der Delta Tone/Delta Seal beschichteten<br />
Feder ist deutlich schlechter als der der<br />
Geomet beschichteten, aber besser als der der<br />
mechanisch verzinkten. Nur an der Problemzone<br />
Kantenbereich gibt es einige rostbraune Punkte.<br />
Die wasserverdünnbar lackierten und die chemisch<br />
vernickelten Varianten zeigen das gleiche<br />
Problem einer örtlich undichten Beschichtung.<br />
Die nur geölte Tellerfeder korrodiert sehr stark.<br />
Das Schutzöl leistet nur einen kurzzeitigen Schutz,<br />
und der hohe Sauerstoffgehalt in der Atmosphäre<br />
beschleunigt die Korrosion.<br />
1.4568 / C / S + D + K 1.4568 / C / S + D + kolsterisiert<br />
Mechan. verzinkt + gelb chrom. Delta Tone + Delta Seal<br />
Wasserverd. lackiert Geölt<br />
SPANNUNGSRISSKORROSIONS-<br />
VERHALTEN DER TELLERFEDERSÄULE<br />
IN 40%IGER MGCL 2 -LÖSUNG<br />
In Abb. 10 wird die Lebensdauer aller Varianten<br />
in 40%iger MgCl 2-Lösung bei 0,8h 0 und 80 °C<br />
verglichen und einige Beispiele in Abb. 11 gezeigt.<br />
Von den beschichteten Tellerfedern ging nur die<br />
chemisch vernickelte Variante durch lokale Korro -<br />
sion an den Fehlstellen der Beschichtung und<br />
damit verbundene Kerbwirkung zu Bruch. Der<br />
niedrige Sauerstoffgehalt und die hohe Chloridkonzentration<br />
in 40%iger MgCl 2-Lösung reduzierten<br />
und verhinderten eine Korrosion des Grundwerkstoff<br />
1.8159. Diese beiden Merkmale<br />
40%iger MgCl 2-Lösung sind auch die Hauptgründe<br />
für das schlechte Spannungsrisskorrosionsverhalten<br />
der Tellerfedern aus nicht rostenden Stählen,<br />
deren Schadensverlauf durch Lochkorrosion bestimmt<br />
wird.<br />
Bei den Federn aus dem Material 1.4310 Reihe B<br />
und C (unterschiedliche Dicke) zeigt die Feder der<br />
Größe B im Spannungsrisskorrosionsversuch eine<br />
längere Lebensdauer als die Feder C entgegen<br />
dem Ergebnis aus der elektrochemischen Untersuchung,<br />
wo die Feder B stärker korrodiert. Dies liegt<br />
an einer längeren Rissfortschrittsphase bedingt<br />
durch die größere Materialdicke und damit an<br />
einem deutlichen Einfluss der Abmessung.<br />
Ähnlich wie bei der elektrochemischen Untersuchung<br />
(hier nicht berichtet) zeigt das Kugelstrah-<br />
Spannungsrisskorrosionsversuch in 40% MgCl 2-Lösung<br />
len eine positive Wirkung bei den Tellerfedern aus<br />
1.4310 und keine deutliche Wirkung bei den Tellerfedern<br />
aus 1.4568 auf das Spannungsrisskorrosionsverhalten.<br />
Allgemein bringt das Kugelstrahlen<br />
Druckeigenspannung in die Randschicht der Federn<br />
[7], infolge der Superposition mit äußeren<br />
Belastungen wird die resultierende Biegezugspannung<br />
reduziert. Das funktioniert nur, wenn die<br />
Oberfläche nicht stark korrodiert ist. Die Oberflächenkorrosion<br />
führt einerseits zu einer betriebsbedingten<br />
Kerbwirkung und andererseits zum Abtrag<br />
der mit Druckeigenspannungen ausgestatteten<br />
Schicht. Aus dem Tauchversuch war bekannt, dass<br />
die kugelgestrahlte Tellerfeder aus 1.4568 in 40%iger<br />
MgCl 2-Lösung relativ stark korrodierte.<br />
Die Federn aus 1.4310 haben allgemein eine längere<br />
Lebensdauer als die Federn aus 1.4568. Das<br />
gilt auch für die nicht kugelgestrahlte Feder aus<br />
1.4310 und die kugelgestrahlte Feder aus<br />
1.4568. Das heißt, dass der Werkstoff selbst von<br />
größerer Bedeutung für das Korrosionsverhalten<br />
der Tellerfedern ist als ihr Fertigungszustand.<br />
Fast alle aus nicht rostenden Stählen gefertigten<br />
Tellerfedervarianten werden von einer dünnen<br />
Schicht rostbraunen Korrosionsprodukts bedeckt,<br />
mit Ausnahme der kolsterisierten Variante. Das<br />
entspricht den Ergebnissen aus dem Tauchversuch.<br />
Bei den rost- und säurebeständigen, hoch legierten<br />
Chrom- und Chrom-Nickel-Stählen besteht<br />
Lochkorrosionsgefahr in halogenidhaltigen (besonders<br />
Chlorid- und Bromid-haltigen) wässrigen<br />
1.4310 / C / D<br />
356<br />
1.4310 / C / D + K<br />
429<br />
1.4310 / B / D<br />
1.968<br />
1.4568 / C / S + D<br />
140<br />
1.4568 / C / S + D + K 140<br />
1.4568 / C / S + D + kolsterisiert 2.177<br />
Mechan. verzinkt + gelb chrom. 2.500<br />
Mechan. verzinkt + transp. chrom. 2.500<br />
Dacromet beschichtet<br />
2.500<br />
Geomet beschichtet<br />
2.500<br />
Delta Tone + Delta Seal 2.500<br />
Chemisch vernickelt<br />
837<br />
Wasserverd. lackiert<br />
2.500<br />
Geölt<br />
1.752<br />
Lebensdauer [h] 0 500 1.000 1.500 2.000 2.500<br />
Abb. 10:<br />
Vergleich der Lebensdauer<br />
aller Tellerfedervarianten<br />
beim Spannungsrisskorrosions<br />
-<br />
versuch in 40%iger<br />
MgCl 2-Lösung<br />
(0,8h 0 und 80 °C).<br />
19
Abb. 11:<br />
Korrosionserscheinung<br />
auf den Tellerfedern<br />
beim Spannungsrisskorrosionsversuch<br />
in 40%iger<br />
MgCl 2-Lösung<br />
(0,8h 0 und 80 °C).<br />
20<br />
1.4310 / C / S + D 1.4568 / C / S + D + kolsterisiert<br />
Delta Tone + Delta Seal Chemisch vernickelt<br />
Geölt<br />
Lösungen. Halogenidionen sind in der Lage, die an<br />
Luft gebildeten Passivschichten derartiger Stähle<br />
zu »durchschlagen« und auf diese Weise lokale,<br />
aktiv korrodierende anodische Zentren zu bilden.<br />
Da die Passivschichten elektronenleitend sind,<br />
fungiert die ungestörte Umgebung als Kathode.<br />
Ein rasches Vordringen der Korrosion in den Werkstoff<br />
hinein ist die Folge. Die Lochkorrosionsgefahr<br />
derartiger Stähle erhöht sich mit zunehmender Verunreinigung.<br />
Die durch Lochkorrosion entstandene Kerbe führt<br />
jedoch zu einer lokalen Zugspannungserhöhung.<br />
Ist keine zwischenzeitliche Repassivierung möglich,<br />
dann erfolgt der Angriff stetig in die Tiefe, der Riss<br />
pflanzt sich mit steigender Geschwindigkeit fort. In<br />
chloridhaltigen Medien ist der Rissbildungsmechanismus<br />
oft von Lochkorrosion begleitet, die sich<br />
dann verstärkt ausbilden kann, wenn der Riss nur<br />
langsam fortschreitet. Aus diesem Grund ergeben<br />
sich je nach Rissfortschrittsgeschwindigkeit die in<br />
Abbildung 12 dargestellten Varianten.<br />
passiv Lochfraß »aktiv« stark aktiv<br />
Da der Kantenbereich am stärksten korrodiert und<br />
am höchsten beansprucht wird, entsteht der Riss<br />
oft am äußeren Federrand. Dann breitet er sich in<br />
Richtung des inneren Federrandes aus. Dieser Vorgang<br />
erfolgt bei den Federn aus 1.4310 langsamer,<br />
weil der Stahl 1.4310 duktiler ist. Die Rissanfälligkeit<br />
nimmt in der Regel mit höherer Biegezugspannung<br />
und steigender Temperatur zu.<br />
Die kolsterisierte Variante versagte nicht durch<br />
Bruch, obwohl die Feder von einer dicken Deckschicht<br />
bedeckt wurde. Sie korrodiert am Anfang<br />
sehr stark, nach einiger Zeit aber nicht mehr, die<br />
Lösung bleibt klar. Diese thermodynamisch stabile<br />
Deckschicht (Fe 3 O 4 , Fe(OH) 2 ) funktioniert wie eine<br />
Spannungsrisskorrosionsversuch in 3% NaCl-Lösung<br />
Schutzschicht und behindert den weiteren Fortschritt<br />
der Korrosion. Der andere Grund dafür,<br />
dass die kolsterisierte Feder nicht brach, ist, dass<br />
hier nur eine Flächenkorrosion infolge des dichten<br />
und gleichmäßig verteilten Kohlenstoffs stattfindet.<br />
Ähnliches gilt auch für die nur geölte Feder, sie<br />
verhielt sich beim Tauchversuch in 40%iger<br />
MgCl 2 -Lösung am schlechtesten.<br />
Die chemisch vernickelte Tellerfeder ging durch die<br />
von der lokalen Korrosion hervorgerufenen Kerbwirkung<br />
zu Bruch. Auf den mechanisch verzinkten<br />
sowie den Dacromet und Geomet beschichteten<br />
Federn sind kaum Korrosionsspuren zu erkennen.<br />
Die entstehende Simonkolleit-Schicht schützt die<br />
1.4310 / C / D<br />
2.500<br />
1.4310 / C / D + K<br />
2.500<br />
1.4310 / B / D<br />
2.500<br />
1.4568 / C / S + D<br />
2.500<br />
1.4568 / C / S + D + K<br />
2.500<br />
1.4568 / C / S + D + kolsterisiert 2.500<br />
Mechan. verzinkt + gelb chrom. 2.500<br />
Mechan. verzinkt + transp. chrom. 2.500<br />
Dacromet beschichtet<br />
2.500<br />
Geomet beschichtet<br />
2.500<br />
Delta Tone + Delta Seal<br />
738<br />
Chemisch vernickelt<br />
455<br />
Wasserverd. lackiert<br />
360<br />
Geölt<br />
1.534<br />
Lebensdauer [h] 0 500 1.000 1.500 2.000 2.500<br />
Abb. 12:<br />
Erscheinungsbild trans -<br />
kristalliner Spannungsrisskorrosion<br />
bei rostund<br />
säurebeständigen<br />
Cr–Ni-Stählen im metallographischen<br />
Schliff<br />
(schematisch) [8].<br />
Abb. 13:<br />
Vergleich der Lebensdauer<br />
aller Tellerfedervarianten<br />
beim Spannungsrisskorrosionsversuch<br />
in 3%iger<br />
NaCl-Lösung<br />
(0,8h 0 und 80 °C).<br />
21
Abb. 14:<br />
Korrosionserscheinungen<br />
auf den Tellerfedern<br />
beim Spannungsrisskorrosionsversuch<br />
3%iger NaCl-Lösung<br />
(0,8h 0 und 80 °C).<br />
22<br />
1.4568 / C / S + D + K 1.4568 / C / S + D + kolsterisiert<br />
Delta Tone + Delta Seal Chemisch vernickelt<br />
Wasserverdünnbar lackiert Geölt<br />
Federn gegen Korrosion, der andere Beschichtungsbestandteil<br />
Aluminium ist in neutralen Korrosionselektrolyten<br />
(pH 5 bis 9) sehr gut korrosionsbeständig.<br />
Etwas schlechter im Vergleich dazu ist<br />
die mit Delta Tone/Delta Seal beschichtete Feder,<br />
die einige rostbraune Korrosionspunkte an den Federkanten<br />
aufweist.<br />
SPANNUNGSRISSKORROSIONS-<br />
VERHALTEN DER TELLERFEDERSÄULE<br />
IN 3%IGER NACL-LÖSUNG<br />
In der Abb. 13 wird die Lebensdauer aller Tellerfedervarianten<br />
in 3%iger NaCl-Lösung bei 0,8h 0 und<br />
80 °C dargestellt. Das Spannungsrisskorrosionsverhalten<br />
der meisten Tellerfedern in 3%iger NaCl-<br />
Lösung ist besser als in 40%iger MgCl 2 -Lösung,<br />
da die elektrische Leitfähigkeit 3%iger NaCl-Lösung<br />
niedriger als 40%iger MgCl 2 -Lösung ist und<br />
weniger Ionen in die Lösung gehen, die die Korrosion<br />
an der Metalloberfläche begünstigen. Hier<br />
versagte keine Variante aus nicht rostenden Stählen.<br />
Im Gegensatz dazu gingen die wasserverdünnbar<br />
lackierte und die mit Delta Tone und Delta<br />
Seal beschichtete Variante zu Bruch.<br />
Die Abb. 14 zeigt einige Tellerfedern nach dem Versuch<br />
in 3%iger NaCl-Lösung. Insgesamt ist der Zustand<br />
der Federn besser als nach dem Versuch in<br />
Meerwasseratmosphäre und in 40%iger MgCl 2 -<br />
Lösung. Hier liegt ein geringeres Sauerstoffangebot<br />
vor als in Meerwasseratmosphäre, da die Tellerfedersäule<br />
in die Lösung eingetaucht wird. Die niedrigere<br />
Chloridkonzentration hat den Vorteil, dass<br />
die Luftpassivschicht nicht stark geschädigt wird,<br />
weshalb die Tellerfedern aus nicht rostenden Stählen<br />
nur von einer dünnen bräunlichen Schicht bedeckt<br />
werden. Andererseits liegt der Nachteil vor,<br />
dass die Simonkolleit-Schicht auf der mit Delta<br />
Tone und Delta Seal beschichteten Tellerfeder<br />
nicht vollständig gebildet wurde durch die kleine<br />
Cl¯-Konzentration. Weiße Flecken und rostbraune<br />
Korrosionspunkte sind der Beweise für die Korrosion<br />
der Beschichtung und des Grundwerkstoffes.<br />
Bei der wasserverdünnbar lackierten und der mit<br />
Delta Tone/Delta Seal beschichteten Tellerfedervariante<br />
gelangte die NaCl-Lösung durch die Kanäle<br />
in der Beschichtung an den Grundwerkstoff. Das<br />
führt zum Bruch der Federn. Die undichte Beschichtung<br />
ist ein unsicherer Faktor für das Korro-<br />
Spannungsrisskorrosionsversuch in 0,1 m Zitronensäure<br />
sionsverhalten der Tellerfeder. Ähnlich ist es auch<br />
bei den chemisch vernickelten Tellerfedern durch<br />
die vorliegenden Poren in der Beschichtung, wobei<br />
hier noch die Kontaktkorrosion zwischen Beschichtung<br />
und Grundwerkstoff zu einer Beschleunigung<br />
führt. Die chemische Vernickelung leistet hier keine<br />
Schutzwirkung und das letztendliche Versagen war<br />
der Bruch der Tellerfeder.<br />
Die nur geölten Tellerfedern versagten zum Ende<br />
ebenfalls durch Bruch, da das Öl nur einen kurzzeitigen<br />
Korrosionsschutz bieten kann.<br />
SPANNUNGSRISSKORROSIONS-<br />
VERHALTEN DER TELLERFEDERSÄULE<br />
IN 0,1M ZITRONENSÄURE<br />
In der Abb. 15 wird die Lebensdauer aller Tellerfedervarianten<br />
in der 0,1m Zitronensäure bei 0,8h 0<br />
und 80 °C gegenüber gestellt. Die Tellerfedervarianten<br />
aus nicht rostenden Stählen überstehen<br />
2500 Stunden Versuchszeit ohne Bruch. Gleiches<br />
gilt für die Dacromet und Geomet beschichteten<br />
Federn sowie für die nur geölte Feder, jedoch bei<br />
erheblichem Oberflächenkorrosionsangriff. Die mechanisch<br />
verzinkten Federn weisen in Zitronensäure<br />
die kürzeste Lebensdauer der sechs untersuchten<br />
Medien auf. Ebenso wie in 3%iger NaCl-<br />
Lösung gingen die mit Delta Tone und Delta Seal<br />
beschichteten, die wasserverdünnbar lackierten<br />
sowie die chemisch vernickelten Federn zu Bruch.<br />
1.4310 / C / D<br />
2.500<br />
1.4310 / C / D + K<br />
2.500<br />
1.4310 / B / D<br />
2.500<br />
1.4568 / C / S + D<br />
2.500<br />
1.4568 / C / S + D + K<br />
2.500<br />
1.4568 / C / S + D + kolsterisiert 2.500<br />
Mechan. verzinkt + gelb chrom. 68<br />
Mechan. verzinkt + transp. chrom. 68<br />
Dacromet beschichtet<br />
2.500 891 h für Geo + Dacro!<br />
Geomet beschichtet<br />
2.500 891 h für Geo + Dacro!<br />
Delta Tone + Delta Seal<br />
526<br />
Chemisch vernickelt<br />
380<br />
Wasserverd. lackiert<br />
262<br />
Geölt<br />
2.500 839 h für geölt!<br />
Lebensdauer [h] 0 500 1.000 1.500 2.000 2.500<br />
Abb. 15:<br />
Vergleich der Lebensdauer<br />
aller Tellerfedervarianten<br />
beim<br />
Spannungsrisskorrosionsversuch<br />
in<br />
0,1m Zitronensäure<br />
(0,8h 0 und 80 °C).<br />
23
Abb. 16:<br />
Korrosionserscheinung<br />
auf den Tellerfedern<br />
beim Spannungsrisskorrosionsversuch<br />
in<br />
0,1m Zitronensäure<br />
(0,8h 0 und 80 °C).<br />
24<br />
1.4568 / C / S + D + K 1.4568 / C / S + D + kolsterisiert<br />
Mechan. verzinkt + gelb chromatiert Delta Tone + Delta Seal<br />
Chemisch vernickelt Wasserverdünnbar lackiert<br />
Geölt<br />
Abbildung 16 zeigt die verschiedenen Tellerfedervarianten<br />
nach dem Versuch in 0,1m Zitronensäure.<br />
Auf den Tellerfedern aus nicht rostenden Stählen<br />
sind keine Korrosionserscheinungen zu erkennen,<br />
mit Ausnahme der kolsterisierten Tellerfeder.<br />
Die Zitronensäure gehört zu den passivschichterzeugenden<br />
Medien. Aus den Ergebnissen der elektrochemischen<br />
Untersuchung (hier nicht berichtet)<br />
geht hervor, dass die verletzte Passivschicht auf<br />
nicht rostenden Stählen in Zitronensäure sogar<br />
repariert wird. Die Tellerfedern aus nicht rostenden<br />
Stählen werden durch ihren hohen Chromgehalt<br />
von der an Luft und in Säure gebildeten Passivschicht<br />
gegen Korrosion geschützt. Auf der kolsterisierten<br />
Feder bildet sich eine schwarze Schicht,<br />
die aus Kohlenstoff bestand.<br />
Die beschichteten Federn verhielten sich im Gegensatz<br />
zu den nicht rostenden Stählen in 0,1m<br />
Zitronensäure sehr viel schlechter. Keine der Varianten<br />
hatte eine Standzeit über 1000 h. Durch die<br />
elektrochemische Untersuchung (hier nicht berichtet)<br />
und den Tauchversuch ist bekannt, dass der<br />
Zn-Anteil der Beschichtung mit der Zitronensäure<br />
chemisch reagiert. Dadurch entstanden Risse im<br />
Überzug der mechanisch verzinkten Federn, die<br />
aufgrund der hervorragenden Haftung des Überzugs<br />
bis zum Grundwerkstoff reichten. Außerdem<br />
blieb die Wirksamkeit von Chromatschichten nur<br />
bis zu Temperaturen von 60 °C erhalten. Die beiden<br />
Faktoren führten zur Absenkung der Lebensdauer<br />
der mechanisch verzinkten Tellerfedern und<br />
damit zu der kürzesten Standzeit (68 h).<br />
In sauren Lösungen organischer Stoffe ist Zink<br />
nicht beständig. Die Dacromet- und Geomet-Beschichtungen<br />
lösten sich in der Zitronensäure auf.<br />
Nach einiger Zeit waren die Federn komplett frei<br />
von der Beschichtung (Dacromet-Beschichtung<br />
nach ca. 20 h, Geomet-Beschichtung nach ca.<br />
50 h). Deshalb zeigten diese beiden Tellerfedervarianten<br />
zum Versuchsende eine Flächenkorrosion<br />
wie die nur geölte Feder in Zitronensäure.<br />
Die mit Delta Tone und Delta Seal beschichtete<br />
Tellerfeder verhält sich in der Zitronensäure besser<br />
als die anderen Beschichtungsvarianten. Die Beschichtung<br />
wurde nur an den Kanten zerstört, die<br />
organische Deckschicht Delta-Seal wirkt isolierend<br />
und war gegen Säuren und Laugen beständig.<br />
Aber wegen der schlechten Verteilung der Deckschicht<br />
an den Kanten wurde nur eine kurze<br />
Standzeit erreicht.<br />
Die undichten Stellen in der Lackschicht bzw.<br />
Nickelschicht der wasserverdünnbar lackierten<br />
bzw. chemisch vernickelten Tellerfedern, die beim<br />
Tauchversuch schon angeführt wurden, verursachen<br />
eine Spaltkorrosion unter der Beschichtung.<br />
Dadurch erfolgt ein rasches Vordringen der Korrosion<br />
in die Tiefe des Werkstoffes mit dem Ergebnis<br />
eines frühzeitigen Wanddurchbruchs.<br />
Die Rissanfälligkeit nimmt in der Regel mit höherer<br />
Zugspannung und steigender Temperatur zu. Wenn<br />
die Zugspannung in der Tellerfeder zu klein ist,<br />
geht die Tellerfedersäule nicht durch die Rissbildung<br />
zu Bruch, sondern durch das Auflösen (vgl.<br />
Abb. 7). Tellerfedern, die mit Zitronensäure in Berührung<br />
kommen, sollten am besten aus den nicht<br />
rostenden Stählen hergestellt werden.<br />
Die Spannungsrisskorrosionsversuche wurden<br />
dann als beendet erklärt, wenn eine Feder in der<br />
Säule zu Bruch gegangen ist oder die Versuchszeit<br />
über 2500 Stunden war. Bei der Ausfallursache<br />
Bruch wurde erkannt, dass die Position der gebrochenen<br />
Tellerfeder in der Säule relativ gleichmäßig<br />
verteilt war.<br />
Zum Ende der Untersuchungen wurde festgestellt,<br />
dass die Standzeit bis zum Bruch das Spannungsrisskorrosionsverhalten<br />
der Tellerfeder allein nicht<br />
vollständig darstellen kann. So können z.B. die in<br />
der Abb. 7 gezeigten Tellerfedern nicht als »ohne<br />
Bruch« und damit als gut bewertet werden, ebenso<br />
die in der Abb. 16 gezeigten geölten Tellerfedern<br />
mit einer dicken Korrosionsschicht. In der<br />
praktischen Anwendung wird diese Korrosionsschicht<br />
vermutlich ständig zerstört werden, womit<br />
dann die Korrosion schnell weiterschreiten würde<br />
bis zum kompletten Auflösen der Tellerfeder. Eine<br />
weitere Beurteilungsmöglichkeit ist den Masseverlust<br />
als zweites Bewertungskriterium einzufügen.<br />
In Tab. 9 wurde der Masseverlust der Tellerfedern<br />
wiedergegeben, deren Versuche in Tab. 7 aufgelistet<br />
sind. Die mechanisch verzinkte und gelb chromatierte<br />
Feder versagte nach 68 Stunden mit<br />
einem Masseverlust von 1,347 g, die geölte Feder<br />
verlor ohne Bruch eine Masse von 18,992 g, weil<br />
die geölte über 2500 Stunden in 0,1m Zitronensäure<br />
flächig korrodiert. Daraus ist ersichtlich,<br />
dass der Masseverlust das Korrosionsverhalten<br />
auch nicht ohne weiteres richtig wieder spiegelt.<br />
Trotzdem zeigt die Tab. 9, dass die Dacromet beschichteten<br />
und Geomet beschichteten Federn,<br />
nachdem ihre Beschichtungen in der Zitronensäure<br />
aufgelöst worden waren, nun quasi »ohne Beschichtung«<br />
ein ähnliches Verhalten wie die geölte<br />
Feder hatten.<br />
25
26<br />
Tellerfedervarianten Meerwasser MgCl 2 NaCl NaOH Säure<br />
Mechan. verzinkt + gelb chrom. 1,9394 g 0,5482 g -0,2192 g 1,3707 g 1,3470 g<br />
Mechan. verzinkt + transp. chrom. 2,6715 g -0,2885 g -0,2210 g 1,6221 g 1,6088 g<br />
Dacromet beschichtet 0,6649 g 0,7984 g 1,0361 g 0,9095 g 19,0022 g<br />
Geomet beschichtet 0,0059 g 0,1439 g 0,0835 g 1,6671 g 19,0970 g<br />
Delta Tone + Delta Seal 0,6709 g -0,2747 g 0,1009 g 0,0049 g 4,0592 g<br />
Chemisch vernickelt -0,1139 g 0,5140 g 0,1984 g 0,1427 g 4,2412 g<br />
Wasserverd. lackiert 0,5094 g 0,1108 g 0,5552 g 2,2457 g 3,8797 g<br />
Geölt 1,3517 g 1,8057 g 0,8286 g 1,9917 g 18,9917 g<br />
Tab. 9:<br />
Masseverluste der<br />
Tellerfedersäule<br />
(6x1-Schichtung)<br />
beim Spannungsrisskorrosionsversuch<br />
bei 0,8h 0 und 80 °C.<br />
Tab. 10:<br />
Verhalten der Tellerfeder<br />
beim Spannungsrisskorrosionsversuch<br />
(80 °C).<br />
✩ – gut<br />
★ – mittel<br />
✪ – schlecht<br />
● – sehr schlecht<br />
Zum Schluss wurde neben der Standzeit bis zum<br />
Bruch zusätzlich die Korrosionserscheinung in die<br />
Bewertung des Korrosionsverhaltens eingebunden.<br />
Das Spannungsrisskorrosionsverhalten der Tellerfedern<br />
wurde nach folgenden Kriterien beurteilt und<br />
eingestuft:<br />
■ Gut<br />
Über 2500 h ohne Bruch<br />
bei 0,8h 0-Belastung und<br />
Geringe Korrosionserscheinung (punktförmig)<br />
■ Mittel<br />
Lebensdauer zwischen 1200 h und 2500 h<br />
bei 0,8h 0-Belastung oder<br />
Eindeutige Korrosionserscheinung<br />
(fleckenförmig)<br />
■ Schlecht<br />
Lebensdauer zwischen 300 h und 1200 h<br />
bei 0,8h 0-Belastung oder<br />
Die Federn werden von dünnen<br />
Korrosionsprodukten bedeckt (flächig)<br />
■ Sehr schlecht<br />
Lebensdauer unter 300 h<br />
bei 0,8h 0-Belastung oder<br />
Die Federn werden von dicken<br />
Korrosionsprodukten bedeckt (flächig)<br />
Die mit »gut« bewerteten Tellerfedern sind in den<br />
entsprechenden Fällen ohne Bedenken einsetzbar,<br />
die mit »sehr schlecht« bewerteten Tellerfedern<br />
dagegen auf keinen Fall. Die Verwendung von<br />
Tellerfedern mit der Bewertung »mittel« und<br />
»schlecht« muss im Einzelfall abgewogen werden.<br />
Tellerfedervarianten Meerwasser MgCl 2 NaCl NaOH Säure<br />
1.4310/C/S + D ✩ ✪ ✩ ✩ ✩<br />
1.4310/C/S + D + K ✩ ✪ ✩ ✩ ✩<br />
1.4310/B/S + D ✩ ★ ✩ ✩ ✩<br />
1.4568/C/S + D ✩ ● ✩ ✩ ✩<br />
1.4568/C/S + D + K ✩ ● ✩ ✩ ✩<br />
1.4568/C/S + D + kolsterisiert ● ● ★ ✩ ✪<br />
Mechanisch verzinkt + gelb chrom. ✪ ★ ★ ★ ●<br />
Mechanisch verzinkt + transp. chrom. ✪ ★ ★ ✩ ●<br />
Dacromet beschichtet ✩ ✩ ✩ ✩ ●<br />
Geomet beschichtet ✩ ✩ ✩ ✩ ●<br />
Delta Tone + Delta Seal ✪ ★ ✪ ✪ ✪<br />
Chemisch vernickelt ✪ ✪ ✪ ✩ ✪<br />
Wasserverd. lackiert ✪ ✪ ✪ ★ ●<br />
Geölt ✪ ● ● ★ ●<br />
Tellerfedervarianten Meerwasser MgCl 2 NaCl NaOH Säure<br />
1.4310/C/S + D ✩ ✩ ✩ ✩ ✩<br />
1.4310/C/S + D + K ✩ ✩ ✩ ✩ ✩<br />
1.4310/B/S + D ✩ ✩ ✩ ✩ ✩<br />
1.4568/C/S + D ✩ ★ ✩ ✩ ✩<br />
1.4568/C/S + D + K ✩ ★ ✩ ✩ ✩<br />
1.4568/C/S + D + kolsterisiert ✪ ★ ★ ✩ ★<br />
Mechanisch verzinkt + gelb chrom. ★ ✩ ✩ ✩ ●<br />
Mechanisch verzinkt + transp. chrom. ★ ✩ ✩ ✩ ●<br />
Dacromet beschichtet ✩ ✩ ✩ ✩ ✪<br />
Geomet beschichtet ✩ ✩ ✩ ✩ ✪<br />
Delta Tone + Delta Seal ★ ✩ ✩ ✪ ✪<br />
Chemisch vernickelt ✪ ✪ ● ✩ ✪<br />
Wasserverd. lackiert ✪ ✪ ✪ ★ ✪<br />
Geölt ✪ ✪ ✪ ★ ✪<br />
In den Tab. 10 und 11 ist die Bewertung des<br />
Spannungsrisskorrosionsverhaltens der Tellerfedern<br />
in den fünf Medien bei 40 °C und 80 °C zusammengefasst.<br />
Durch die Reduzierung der Korrosionsgeschwindigkeit<br />
verhalten sich die meisten<br />
Tellerfedern bei 40 °C besser als bei 80 °C.<br />
<strong>KORROSIONSVERHALTEN</strong><br />
DER 4 x 2–GESCHICHTETEN<br />
TELLERFEDERSÄULE<br />
Einige ausgewählte Tellerfedervarianten wurden<br />
auch in Form einer 4 x 2-Tellerfedersäule untersucht<br />
und einige Ergebnisse in Tab. 12 und 13<br />
dargestellt. Die Lebensdauer der 4 x 2-Tellerfedersäule<br />
war wesentlich länger als die der 6 x 1-<br />
Schichtung.<br />
Temperatur Belastung 1.4310 / C / S + D 1.4310 / C / S + D + K<br />
6 x 1- 4 x 2- 6 x 1- 4 x 2-<br />
Schichtung Schichtung Schichtung Schichtung<br />
40 °C 0,6 h 0 >2500 h >2500 h >2500 h >2500 h<br />
0,8 h 0 >2500 h >2500 h >2500 h >2500 h<br />
80 °C 0,6 h 0 596 h 766 h 476 h >2500 h<br />
0,8 h 0 356 h 766 h 429 h 1033 h<br />
Temperatur Belastung Gelb chromatiert Transparent chromatiert<br />
6 x 1- 4 x 2- 6 x 1- 4 x 2-<br />
Schichtung Schichtung Schichtung Schichtung<br />
80 °C 0,4 h 0 220 h 2056 h 95 h 2032 h<br />
0,6 h 0 45 h 284 h 69 h 142 h<br />
0,8 h 0 68 h 142 h 68 h 116 h<br />
Tab. 11:<br />
Verhalten der Tellerfeder<br />
beim Spannungsrisskorrosionsversuch<br />
(40 °C).<br />
✩ – gut<br />
★ – mittel<br />
✪ – schlecht<br />
● – sehr schlecht<br />
Tab. 12:<br />
Vergleich der Standzeit<br />
der Tellerfedern<br />
aus 1.4310 bei unterschiedlicherSchichtung<br />
in 40%iger Lösung<br />
MgCl 2-Lösung.<br />
Tab. 13:<br />
Vergleich der Standzeit<br />
der mechanisch<br />
verzinkten Tellerfedern<br />
bei unterschiedlicher<br />
Schichtung in<br />
0,1 m Zitronensäure.<br />
27
28<br />
Abb. 17: auf 0,2h 0 (20 % Federweg) verspannte<br />
4 x 2-Tellerfedersäule.<br />
Durch die gleichsinnige Schichtung bei der<br />
4 x 2-Tellerfedersäule wird eine zusätzliche Reibung<br />
zwischen den Kegelmantelflächen hervorgerufen,<br />
die die Ausbreitung der Risse verzögert. Außerdem<br />
sind bei der 4 x 2-Tellerfedersäule nicht alle Oberflächen<br />
wie bei der 6 x 1–Schichtung im Kontakt<br />
mit dem Korrosionsmedium (vgl. Abb. 17 und 18).<br />
Die Positionen der gebrochenen Tellerfedern in der<br />
4 x 2-Schichtung verteilen sich ähnlich wie in der<br />
6 x 1–Schichtung relativ gleichmäßig.<br />
ZUSAMMENFASSUNG<br />
DER SPANNUNGSRISS-<br />
KORROSIONSVERSUCHE<br />
Die Dacromet beschichteten und Geomet beschichteten<br />
Federn haben das beste Spannungsrisskorrosionsverhalten<br />
in vier der untersuchten<br />
Medien, aber nicht in Zitronensäure. Die beschichteten<br />
Tellerfedern sind nicht geeignet für den Einsatz<br />
in Zitronensäure wegen der fehlenden chemischen<br />
Beständigkeit. Die mechanisch verzinkten<br />
Abb. 18: Korrosionserscheinung an den mechanisch<br />
verzinkten Tellerfedern in der Zitronensäure.<br />
Tellerfedern waren wegen des fehlenden Barriere-<br />
Effekts etwas schlechter. Tellerfedern, die mit<br />
Säure in Berührung kommen, sollten aus nichtrostenden<br />
Stählen hergestellt werden. Fast alle Federvarianten<br />
verhielten sich gut in Natronlauge und<br />
Deionat. In den chloridhaltigen Medien gingen die<br />
Tellerfedern aus nichtrostenden Stählen wegen der<br />
hohen Chloridkonzentration (40%ige MgCl 2 -Lösung)<br />
und einige beschichtete Varianten aufgrund<br />
der Chloridkonzentration in Verbindung mit einem<br />
hohen Sauerstoffangebot (Meerwasseratmos -<br />
phäre) zu Bruch. Die chemisch vernickelten und<br />
lackierten Tellerfedervarianten versagten in fast<br />
allen Medien.<br />
In der Tab. 14 werden die Ergebnisse aus dem<br />
Tauchversuch und dem Spannungsrisskorrosionsversuch<br />
gegenüber gestellt. Die Ergebnisse aus<br />
dem Spannungsrisskorrosionsversuch sind deutlich<br />
schlechter als die aus dem Tauchversuch, d.h.<br />
trotz unterschiedlicher Versuchsbedingungen können<br />
aus dem Tauchversuch bereits erste Hinweise<br />
zum Spannungsrisskorrosionsverhalten abgeleitet<br />
werden.<br />
Tellerfedervarianten 40% MgCl 2 3% NaCl 0,1n NaOH 0,1m Säure<br />
Tauch- SpRK Tauch- SpRK Tauch- SpRK Tauch- SpRK<br />
versuch versuch versuch versuch<br />
1.4310/C/S + D ★ ✪ ✩ ✩ ✩ ✩ ✩ ✩<br />
1.4310/C/S + D + K ★ ✪ ✩ ✩ ✩ ✩ ✩ ✩<br />
1.4310/B/S + D ★ ★ ✩ ✩ ✩ ✩ ✩ ✩<br />
1.4568/C/S + D ★ ● ✩ ✩ ✩ ✩ ✩ ✩<br />
1.4568/C/S + D + K ✪ ● ★ ✩ ✩ ✩ ✩ ✩<br />
1.4568/C/S + D + kolsterisiert ● ● ✪ ★ ✩ ✩ ✩ ✪<br />
Mechanisch verzinkt + gelb chrom. ✩ ★ ✪ ★ ✩ ★ ● ●<br />
Mechanisch verzinkt + transp. chrom. ✩ ★ ★ ★ ✩ ✩ ● ●<br />
Dacromet beschichtet ✩ ✩ ✩ ✩ ✩ ✩ ● ●<br />
Geomet beschichtet ✩ ✩ ✩ ✩ ✩ ✩ ● ●<br />
Delta Tone + Delta Seal ✩ ★ ★ ✪ ✩ ✪ ✪ ✪<br />
Chemisch vernickelt ✪ ✪ ✪ ✪ ✩ ✩ ✪ ✪<br />
Wasserverd. lackiert ✩ ✪ ✩ ✪ ★ ★ ✪ ●<br />
Geölt ● ● ● ● ✩ ★ ● ●<br />
VDA-WECHSELTESTS<br />
MIT MECHANISCHER<br />
BEANSPRUCHUNG<br />
DURCHFÜHRUNG<br />
VDA-Wechseltests mit mechanischer Beanspruchung<br />
stellen eine Kombination der Spannungsrisskorrosionsversuche<br />
und des VDA-Wechseltests<br />
(VDA-Prüfblatt 612-415) dar. Eine verspannte Tellerfedersäule<br />
wird bei der genormten VDA-Wechseltestbedingung<br />
ausgesetzt [4].<br />
ERGEBNISSE DES VDA-WECHSELTESTS<br />
MIT MECHANISCHER<br />
BEANSPRUCHUNG UND DISKUSSION<br />
Die Versuchsbedingung beim VDA-Wechseltest mit<br />
mechanischer Beanspruchung ist ähnlich wie bei<br />
den Spannungsrisskorrosionsversuchen in Meerwasseratmosphäre.<br />
Die Proben werden einer zeitweilig<br />
chloridhaltigen Atmosphäre und viel Sauerstoff<br />
ausgesetzt.<br />
Da die Versuchstemperatur beim VDA-Wechseltest<br />
deutlich niedriger ist als 80 °C, ist die Lebens dauer<br />
Tab. 14:<br />
Vergleich der Ergebnisse<br />
aus dem Tauchversuch<br />
und dem<br />
Spannungsrisskorrosionsversuch.<br />
✩ – gut<br />
★ – mittel<br />
✪ – schlecht<br />
● – sehr schlecht<br />
Abb. 19:<br />
Arbeitsschritte für<br />
die VDA-Wechseltests<br />
mit mechanischer<br />
Beanspruchung.<br />
29
Tab. 15:<br />
Ergebnisse aller<br />
VDA-Wechseltests<br />
mit mechanischer<br />
Beanspruchung.<br />
30<br />
beim VDA-Wechseltest länger als die der Spannungsrisskorrosionsversuche<br />
in Meerwasseratmosphäre<br />
bei 80 °C, aber kürzer als bei 40 °C. Alle<br />
Ergebnisse sind in Tab. 15 dargestellt. Bei den<br />
nicht rostenden Stählen ist nur die kolsterisierte<br />
Variante zu Bruch gegangen. Entsprechend dem<br />
VDA-Wechseltest verhielten sich die gelb chromatierten<br />
Federn schlechter als die transparent chromatierten.<br />
Auch die Varianten geölt bzw. chemisch<br />
vernickelt versagten hier, aber mit abnehmender<br />
Vorspannung wird die Lebensdauer deutlich verlängert.<br />
Undichte Stellen in der Beschichtung<br />
führten zu Punktkorrosion an den Kanten der<br />
chemisch vernickelten und lackierten Tellerfedern.<br />
In Abb. 20 wird die Korrosionserscheinung auf den<br />
Tellerfedern nach dem VDA-Wechseltest gezeigt.<br />
Die geölten, die mit Delta Tone und Delta Seal<br />
beschichteten, die mechanisch verzinkten und die<br />
kolsterisierten Tellerfedern werden von einer dicken<br />
Korrosionsproduktschicht bedeckt. Auf den Dacromet<br />
beschichteten und auch auf den Geomet<br />
beschichteten Tellerfedern war keine eindeutige<br />
Korrosion erkennbar. Die meisten Tellerfedervarianten<br />
wurden von einer dünnen rostbraunen Schicht<br />
bedeckt. Undichte Stellen in der Beschichtung<br />
führen zur Punktkorrosion an den Kanten der<br />
wasserverdünnbaren lackierten und chemisch<br />
vernickelten Tellerfedern.<br />
ZUSAMMENFASSUNG<br />
DES VDA-WECHSELTESTS<br />
MIT MECHANISCHER<br />
BEANSPRUCHUNG<br />
Im VDA-Wechseltest zeigten die Tellerfedervarianten<br />
aus 1.4310 eine sehr gute Korrosionsbeständigkeit<br />
durch den hohen Cr- und Ni-Anteil des<br />
Werkstoffes. Die Korrosionsbeständigkeit der Tellerfedervarianten<br />
aus 1.4568 ist etwas schlechter,<br />
besonders die kolsterisierte Variante durch den<br />
beim Kolsterisieren eingebrachten hohen Kohlenstoffgehalt<br />
in der Oberfläche. In dem VDA-Wechseltest<br />
wurde keine vollständige Simonkolleit-<br />
Schicht auf der Zinkbeschichtung gebildet. Nach<br />
Verbrauchen der Zinkbeschichtung wurde der<br />
Grundwerkstoff stark korrodiert. Die Dacromet-Beschichtung<br />
und die Geomet-Beschichtung boten<br />
den niedrig legierten Federn einen ausreichenden<br />
Schutz. Die chemische Vernickelung und der wasserverdünnbare<br />
Lack wurden wegen der undichten<br />
Stellen in den Beschichtungen als schlecht bewertet.<br />
Die geölte Variante verhält sich am schlechtesten,<br />
da der Grundwerkstoff niedrig legiert ist und<br />
das Öl nur kurzzeitigen Schutz bietet.<br />
Tellerfedervarianten 0,2 h 0 0,4 h 0 0,6 h 0 0,8 h 0<br />
1.4310/C/S + D >2500 h >2500 h<br />
1.4310/C/S + D + K >2500 h >2500 h<br />
1.4310/B/S + D >2500 h<br />
1.4568/C/S + D >2500 h<br />
1.4568/C/S + D + K >2500 h<br />
1.4568/C/S + D + kolsterisiert 1228 h<br />
Mechanisch verzinkt + gelb chrom. 2043 h<br />
Mechanisch verzinkt + transp. chrom. >2500 h<br />
Dacromet beschichtet >2500 h<br />
Geomet beschichtet >2500 h<br />
Delta Tone + Delta Seal >2500 h<br />
Chemisch vernickelt 1636 h 841 h<br />
Wasserverd. lackiert >2500 h<br />
Geölt 1924 h<br />
1.4310 / C / S + D 1.4568 / C / S + D + kolsterisiert<br />
Mechan. verzinkt + gelb chromatiert Dacromet beschichtet<br />
Delta Tone + Delta Seal Chemisch vernickelt<br />
Wasserverdünnbar lackiert Geölt<br />
Abb. 20:<br />
Korrosionserscheinung<br />
auf den Tellerfedern<br />
nach dem VDA-Wechseltest<br />
mit mechanischer<br />
Beanspruchung.<br />
31
32<br />
SCHWINGUNGSRISS-<br />
KORROSIONSVERSUCHE<br />
Ähnlich wie beim Spannungsrisskorrosionsversuch<br />
sind die Tellerfedern auch hier einer Komplexbeanspruchung<br />
(mechanisch und korrosiv) unterworfen,<br />
aber im Unterschied zum Spannungsrisskorrosionsversuch<br />
wird hier eine wechselnde mechanische<br />
Belastung (zyklische Beanspruchung) aufgebracht.<br />
DURCHFÜHRUNG DER SCHWINGUNGS-<br />
RISSKORROSIONSVERSUCHE<br />
Für diese Versuche wurden besondere Anforderungen<br />
an die Versuchsdurchführung gestellt. Die Tellerfedersäulen<br />
6 x 1 sollten mit einer Innenführung<br />
ohne Fettung betätigt werden und dabei eine kontinuierliche<br />
Berieselung mit dem Korrosionsmedium<br />
stattfinden. Auf eine Versuchsführung mit<br />
einem kompletten Eintauchen der Säule in das<br />
Korrosionsmedium wurde verzichtet, um keinen<br />
hydrostatischen Druckaufbau im Innenbereich der<br />
Säule zu erzeugen, wodurch zusätzliche Kräfte auf<br />
die Tellerfedern wirken können.<br />
Abb. 21 Prüfstand für<br />
Schwingungsrisskorrosionsversuch.<br />
Die Werkstücke der Prüfvorrichtung zur Betätigung<br />
der Säulen wurden aus einem Keramikwerkstoff<br />
hergestellt, der über eine ausreichende Härte, Korrosions-<br />
und Verschleißbeständigkeit verfügte und<br />
auch elektrisch isolierend ist. Anfängliche Ausfälle<br />
der Prüfvorrichtungen durch Bruch konnten mit<br />
Hilfe eines geeigneten konstruktiven Aufbaus behoben<br />
werden.<br />
Der Prüfstand für die Schwingungsrisskorrosionsversuche<br />
(Abbildung 21 und 22) besteht aus den<br />
drei Modulen servohydraulische Prüfmaschine<br />
(max. Kraft 63 kN, max. Hub 100 mm), Korro -<br />
sionskammer und Vorratsgefäß mit Pumpe.<br />
ERGEBNISSE DER SCHWINGUNGS-<br />
RISSKORROSIONSVERSUCHE<br />
In Tabelle 16 sind die Schwingspielzahlen der Tellerfedern<br />
bis zum Bruch beim Schwingungsrisskorrosionsversuch<br />
(Schwingbreite 0,2h 0 bis 0,8h 0)<br />
in den verschiedenen Medien zusammengefasst.<br />
Versuche in Meerwasseratmosphäre (schwer rea -<br />
lisierbar) und in 40%iger MgCl 2-Lösung (große<br />
Aggressivität) wurden nicht durchgeführt. Der<br />
Vertreter für chloridhaltige Lösungen war 3%ige<br />
NaCl-Lösung.<br />
Abb. 22:<br />
Korrosionskammer mit Belastungsvorrichtung.<br />
Die aus nichtrostenden Stählen gefertigten Tellerfedervarianten<br />
hatten die längste Lebensdauer in<br />
0,1n Natronlauge, die kürzeste in Deionat. Die Lebensdauer<br />
nahm von 0,1n Natronlauge über 0,1m<br />
Zitronensäure und 3%ige NaCl-Lösung zu Deionat<br />
ab. Das Deionat als Medium konnte die in der Luft<br />
gebildete Passivschicht nicht elektrochemisch oder<br />
chemisch zerstören, d.h. die nichtrostenden Stähle<br />
sind in Deionat korrosionsbeständig, wodurch die<br />
Tellerfedern aus nichtrostenden Stählen ein sehr<br />
gutes Spannungsrisskorrosionsverhalten in Deionat<br />
hatten (Lebensdauerwerte > 2500 Stunden<br />
[Beständigkeitsgrenze] ohne Bruch und ohne Korrosionserscheinungen).<br />
Unter schwingender mechanischer<br />
Beanspruchung konnte die Passivschicht<br />
aber durch lokales Austreten von Gleitbändern<br />
zerstört werden. Die dadurch freigelegten Bereiche<br />
konnten nicht repassiviert werden und wurden<br />
als aktive Stelle (Lokalanoden) an der Oberfläche<br />
elektrochemisch wirksam. Eine derart entstandene<br />
Lokalanode konnte sich infolge des ungünstigen<br />
Flächenverhältnisses von Anoden- zu<br />
Kathodenfläche und des damit einhergehenden<br />
örtlichen hohen Stoffumsatzes sowie der pH-Absenkung<br />
im Lochgrund stabilisieren und zur Bildung<br />
einer Kerbe führen.<br />
In 3%iger NaCl-Lösung zeigten die Ergebnisse aus<br />
dem Tauchversuch, dass die Luftpassivschicht von<br />
den Chloridionen durchbrochen wurde. An den Tellerfederoberflächen<br />
entstanden mehrere aktive<br />
Zentren, wodurch das Flächenverhältnis von Anoden-<br />
zu Kathodenfläche günstiger, der Stoffumsatz<br />
damit geringer und die Lebensdauer verlängert<br />
wurde.<br />
In 0,1n Natronlauge und 0,1m Zitronensäure wurden<br />
die aktiven Zentren infolge der Repassivierung<br />
von der Passivschicht erneut bedeckt, wobei die Repassivierungsfähigkeit<br />
und –geschwindigkeit in Natronlauge<br />
besser ist als die in Zitronensäure. Dies<br />
wird durch die elektrochemischen Untersuchungen<br />
und in der Literatur bestätigt.<br />
Die beschichteten Tellerfedervarianten hatten die<br />
längste Lebensdauer in 0,1n Natronlauge und die<br />
kürzeste in 0,1m Zitronensäure. Die längste Lebensdauer<br />
war wie bei den Tellerfedervarianten aus<br />
nichtrostenden Stählen auf die Hydroxidschichtbildung<br />
in 0,1n Natronlauge zurückzuführen, die die<br />
Tellerfedern gegen Korrosion schützt. Zinkschichten<br />
reagierten mit Zitronensäure, was bereits beim<br />
Tauchversuch und beim Spannungsrisskorrosionsversuch<br />
ersichtlich war. Diese chemische Reaktion<br />
führte zur Rissbildung in der Beschichtung, die sich<br />
dann im Grundwerkstoff fortsetzte. Zusätzlich war<br />
der niedrig legierte Werkstoff 1.8159 in 0,1m Zitronensäure<br />
wegen deren niedrigen pH-Wertes (2.09)<br />
sehr korrosionsanfällig. Die höhere Leitfähigkeit der<br />
3%igen NaCl-Lösung (ca. 42,4 mS/cm) bedingte<br />
eine kürzere Lebensdauer bei einigen beschichteten<br />
Tellerfedervarianten als in Deionat (ca. 0,4 mS/cm).<br />
Bei anderen war das Gegenteil der Fall. Die in der<br />
chloridhaltigen Lösung gebildete Simonkolleit-<br />
Schicht repariert ständig die verletzten Stellen und<br />
der Bruch wurde verzögert.<br />
Tellerfedervarianten Deionat NaCl NaOH Zitronensäure<br />
1.4310/C/S + D 14.171 17.952 37.767 22.280<br />
1.4310/C/S + D + K 18.255 20.300 38.033 25.389<br />
1.4568/C/S + D 12.924 17.207 32.747 19.520<br />
1.4568/C/S + D + K 20.480 24.823 34.555 20.090<br />
1.4568/C/S + D + kolsterisiert 11.339 22.199 32.533 30.883<br />
Mechanisch verzinkt + gelb chrom. 26.839 25.510 26.477 14.058<br />
Mechanisch verzinkt + transp. chrom. 7.841 11.323 14.509 4.318<br />
Dacromet beschichtet 5.676 4.944 6.033 4.849<br />
Geomet beschichtet 5.428 6.159 4.517 4.031<br />
Delta Tone + Delta Seal 24.975 10.355 10.127 5.563<br />
Chemisch vernickelt 7.083 6.461 12.058 6.414<br />
Wasserverdünnbar lackiert 22.138 13.469 9.902 4.195<br />
Geölt 13.956 5.493 19.606 5.178<br />
Tab. 16:<br />
Lebensdauer (Bruchschwingspielzahl<br />
N)<br />
der Tellerfedern in<br />
Säule 6 x 1 bei den<br />
Schwingungssrisskorrosionsversuchen<br />
(Schwingbreite 0,2h 0<br />
bis 0,8h 0).<br />
33
Tab. 17:<br />
Lebensdauer (Bruchschwingspielzahl<br />
N)<br />
der Tellerfedern in<br />
Säule 6 x 1 bei den<br />
Schwingungssrisskorrosionsversuchen<br />
(Schwingbreite 0,2h 0<br />
bis 0,6h 0).<br />
Abb. 23:<br />
Vergleich der Lebensdauerwerte<br />
aller Tellerfedervarianten<br />
beim<br />
Schwingungsrisskorrosionsversuch<br />
in Deionat<br />
(Schwingbreite<br />
0,2h 0 bis 0,6h 0).<br />
34<br />
Tellerfedervarianten Deionat NaCl NaOH Zitronensäure<br />
1.4310/C/S + D 19.552 21.858 30.037<br />
1.4310/C/S + D + K 33.236 40.005 51.965 47.338<br />
1.4568/C/S + D 12.357 17.383 34.692<br />
1.4568/C/S + D + K 21.845 27.974 41.433<br />
1.4568/C/S + D + kolsterisiert 32.933 34.000 40.250<br />
Mechanisch verzinkt + gelb chrom. 103.618 292.537 73.386<br />
Mechanisch verzinkt + transp. chrom. 153.506 295.742 1.702.463 49.507<br />
Dacromet beschichtet 129.507 46.388 28.192<br />
Geomet beschichtet 141.642 59.555 24.128<br />
Delta Tone + Delta Seal 167.443 240.707 22.578<br />
Chemisch vernickelt 47.429 27.854 19.208<br />
Wasserverdünnbar lackiert 94.033 91.741 15.703<br />
Geölt 106.702 32.806 1.443.281 28.078<br />
In Tabelle 17 sind die Ergebnisse der Schwingungsrisskorrosionsversuche<br />
mit einer Schwingbreite<br />
0,2h 0 D 0,6h 0 aufgelistet. Durch Reduzierung<br />
der Beanspruchungsamplitude wurde die<br />
Lebensdauer der beschichteten Tellerfedervarianten<br />
deutlich verlängert, die der aus nicht rostenden<br />
Stählen gefertigten Tellerfedervarianten nur<br />
geringfügig.<br />
In Abb. 23 sind die Lebensdauerwerte aller Tellerfedervarianten<br />
beim Schwingungsrisskorrosionsversuch<br />
(Schwingbreite 0,2h 0 D 0,6h 0) in Deionat<br />
zusammengestellt.<br />
Schwingungsrisskorrosionsversuch in Deionat<br />
1.4310 / S + D<br />
1.4310/ S + D + K<br />
1.4568 / S + D<br />
1.4568 / S + D + K<br />
1.4568 / S + D + kolsterisiert<br />
Mechan. verzinkt + gelb chrom.<br />
Mechan. verzinkt + transp. chrom.<br />
Dacromet beschichtet<br />
Geomet beschichtet<br />
Delta Tone / Delta Seal<br />
Chemisch vernickelt<br />
Wasserverd. lackiert<br />
Geölt<br />
19.552<br />
33.236<br />
12.357<br />
21.845<br />
32.933<br />
103.618<br />
153.506<br />
129.507<br />
141.642<br />
167.443<br />
47.429<br />
94.033<br />
106.702<br />
Die beschichteten Tellerfedern hatten eine wesentlich<br />
längere Lebensdauer als die Tellerfedervarianten<br />
aus nichtrostenden Stählen. Die Passivschicht<br />
(Oxidfilm) auf den nichtrostenden Stählen wurde<br />
bei der Schwingbeanspruchung streng lokalisiert<br />
durch ein nach außen vordringendes Gleitband<br />
durchstoßen. Dieser Bereich stellte nun eine kleine,<br />
hoch aktive Lokalanode dar. Der Korrosionsangriff<br />
folgte dem Gleitband in den Werkstoff hinein.<br />
In Deionat waren die Werkstoffe 1.4310 und<br />
1.4568 nicht in der Lage an der Korrosionsstelle<br />
die ursprüngliche Passivschicht wieder auszubilden.<br />
Die aufgrund des schon erfolgten Stoffumsat-<br />
Schwingspielzahl [N] 0 50.000 100.000 150.000 200.000<br />
zes entstandene Kerbe führte dann zu einer lokalen<br />
Spannungserhöhung; der Riss pflanzte sich mit<br />
steigender Geschwindigkeit fort bis zum Bruch [8].<br />
Auf den Beschichtungen wurde keine Passivschicht<br />
an Luft gebildet. Deshalb hatten die beschichteten<br />
Tellerfedern das Problem in Deionat<br />
nicht. Zusätzlich wird in zahlreichen Literaturstellen<br />
darauf hingewiesen, dass der Werkstoff 51CrV4<br />
eine bessere Schwingfestigkeit als die Werkstoffe<br />
1.4310 und 1.4568 aufweist [9]. Das Kugelstrahlen<br />
und das Kolsterisieren wirkten sich beim<br />
Schwingungsrisskorrosionsversuch positiv aus.<br />
Durch die dabei erzeugte randnahe Druckeigenspannung<br />
wurde die Mittelspannung der Schwingbeanspruchung<br />
reduziert. Die geölte Feder wies<br />
eine Schwingspielzahl von 106.702 auf. Lebensdauerwerte<br />
deutlich darüber oder darunter deuteten<br />
immer auf eine Mitwirkung der Beschichtung<br />
hin. So versagte z.B. die chemisch vernickelte<br />
Feder nach 47.429 Schwingspielen wegen der<br />
undichten Stelle in der Beschichtung, durch die<br />
der Grundwerkstoff beschleunigt korrodierte.<br />
In 3%iger NaCl-Lösung zeigten die beschichteten<br />
Tellerfedervarianten im Schnitt ein besseres<br />
Schwingungsrisskorrosionsverhalten als die<br />
Tellerfedervarianten aus nichtrostenden Stählen<br />
(Abb. 24). Die Tellerfedern aus 1.4310 besaßen<br />
eine längere Lebensdauer wegen der besseren<br />
Korrosionsbeständigkeit als die Tellerfedern aus<br />
1.4568, in 3%iger NaCl-Lösung erfolgte die<br />
Rissinitiierung der Tellerfedern aus 1.4310 und<br />
1.4568 durch die von Chlorid hervorgerufene<br />
Lochkor rosion, die als betriebsbedingte Kerbe -<br />
Schwingungsrisskorrosionsversuch in 3% NaCl-Lösung<br />
1.4310 / S + D<br />
1.4310/ S + D + K<br />
1.4568 / S + D<br />
1.4568 / S + D + K<br />
1.4568 / S + D + kolsterisiert<br />
Mechan. verzinkt + gelb chrom.<br />
Mechan. verzinkt + transp. chrom.<br />
Dacromet beschichtet<br />
Geomet beschichtet<br />
Delta Tone / Delta Seal<br />
Chemisch vernickelt<br />
Wasserverd. lackiert<br />
Geölt<br />
40.005<br />
21.858<br />
17.383<br />
27.974<br />
34.000<br />
wirkung angesehen werden konnte. Es entstanden<br />
viele Risskeime, die schließlich zu transkristallin<br />
verlaufenden Rissen ausarten. Folglich war in diesem<br />
Fall das Bruchbild deutlich von einem Dauerbruch<br />
an Luft zu unterscheiden.<br />
Auf der geölten Tellerfeder konnte sich an Luft oder<br />
in 3%iger NaCl-Lösung keine dichte Schutzschicht<br />
ausbilden, weshalb eine Schwingungsrisskorrosion<br />
im aktiven Zustand vorlag. Hierbei entstanden Korrosionsgrübchen,<br />
die als Kerben wirkten, von<br />
deren Grund die Rissbildung infolge der mechanischen<br />
Beanspruchungskomponente ausging.<br />
Wegen der in 3%iger NaCl-Lösung schlechteren<br />
Korrosionsbeständigkeit als in Deionat hatte die<br />
geölte Feder hier eine kürzere Lebensdauer. Das<br />
galt in ähnlicher Weise auch für die chemisch vernickelte,<br />
die Dacromet und die Geomet beschichtete<br />
Feder. Die lackierte Feder hatte eine nahezu<br />
gleiche Lebensdauer wie in Deionat, d.h. die<br />
Schwingfestigkeit der Lackschicht ist der entscheidende<br />
Faktor für das Schwingungsrisskorrosionsverhalten<br />
in Deionat und in 3%iger NaCl-Lösung.<br />
Die Dacromet- und Geomet-Beschichtung sind<br />
spröde und haften an dem Grundwerkstoff eingeschränkt.<br />
Nach wenigen Schwingspielen blätterten<br />
die Beschichtungen in flockigen Partikeln ab. Deshalb<br />
verhielten sich die Dacromet und die Geomet<br />
beschichteten Tellerfedern in allen Medien ähnlich<br />
wie die geölte Feder. Die mechanisch verzinkte<br />
und die mit Delta Tone und Delta Seal beschichteten<br />
Tellerfedern hatten eine höhere Schwingungsspielzahl<br />
als in Deionat durch die Bildung der Simonkolleit-Schicht<br />
auf der Zinkschicht.<br />
292.537<br />
295.394<br />
46.388<br />
59.555<br />
240.707<br />
27.854<br />
91.741<br />
32.806<br />
Schwingspielzahl [N] 0 50.000 100.000 150.000 200.000 250.000 300.000<br />
Abb. 24:<br />
Vergleich der Lebensdauerwerte<br />
aller Tellerfedervarianten<br />
beim<br />
Schwingungsrisskorrosionsversuch<br />
in<br />
3%iger NaCl-Lösung<br />
(Schwingbreite 0,2h 0<br />
bis 0,6h 0).<br />
35
Abb. 25:<br />
Vergleich der Lebensdauerwerte<br />
aller Tellerfedervarianten<br />
beim<br />
Schwingungsrisskorrosionsversuch<br />
in<br />
0,1m Zitronensäue<br />
(Schwingbreite 0,2h 0<br />
bis 0,6h 0).<br />
Abb. 26:<br />
Korrosionserscheinungen<br />
auf den nicht<br />
kugelgestrahlten Tellerfedern<br />
aus 1.4310<br />
nach dem Schwingungsrisskorrosionsversuch<br />
in 3%iger<br />
NaCl-Lösung.<br />
36<br />
Schwingungsrisskorrosionsversuch in 0,1m Zitronensäure<br />
1.4310 / S + D<br />
1.4310/ S + D + K<br />
1.4568 / S + D<br />
1.4568 / S + D + K<br />
1.4568 / S + D + kolsterisiert<br />
Mechan. verzinkt + gelb chrom.<br />
Mechan. verzinkt + transp. chrom.<br />
Dacromet beschichtet<br />
Geomet beschichtet<br />
Delta Tone / Delta Seal<br />
Chemisch vernickelt<br />
Wasserverd. lackiert<br />
Geölt<br />
30.037<br />
47.338<br />
34.692<br />
41.433<br />
40.250<br />
73.386<br />
49.507<br />
28.192<br />
24.128<br />
22.578<br />
19.208<br />
15.703<br />
28.078<br />
Schwingspielzahl [N] 0 20.000 40.000 60.000 80.000<br />
In 0,1m Zitronensäure Abb. 25 hatten die Tellerfedervarianten<br />
aus nichtrostenden Stählen durchschnittlich<br />
eine längere Lebensdauer als die beschichteten<br />
Tellerfedervarianten. Durch die chemische<br />
Reaktion zwischen der Zitronensäure und<br />
dem Zink, das in den meisten Beschichtungen vorhanden<br />
ist, wurden die Beschichtungen abgelöst.<br />
Die wasserverdünnbare Lackschicht war chemisch<br />
auch nicht beständig in 0,1m Zitronensäure. Diese<br />
Faktoren führten zu einem früheren Versagen der<br />
beschichteten Tellerfedern in 0,1m Zitronensäure<br />
als in Deionat und 3%iger NaCl-Lösung. Aus den<br />
Ergebnissen der elektrochemischen Untersuchungen<br />
(hier nicht berichtet) war bekannt, dass Zitronensäure<br />
für die passivierbaren Chrom-Nickel-<br />
Stähle ein passivschichterzeugendes Medium ist.<br />
Daher erfuhren die Tellerfedervarianten aus nicht-<br />
rostenden Stählen hier eine Schwingungsrisskorrosion<br />
im passiven Zustand. Bei der Schwingbeanspruchung<br />
entstanden an der Oberfläche passivschichtfreie<br />
Bereiche durch nach außen vordringende<br />
Gleitbänder. Diese Bereiche stellten nun<br />
kleine, hoch aktive Lokalanoden dar. Der Korro -<br />
sionsangriff folgte dem Gleitband in den Werkstoff<br />
hinein. In Zitronensäure sind Chrom-Nickel-Stähle<br />
in der Lage an der Korrosionsstelle die ursprüng -<br />
liche Passivschicht wieder auszubilden. Der Riss<br />
kam dann vorübergehend zum Stillstand. Die aufgrund<br />
des schon erfolgten Stoffumsatzes entstandene<br />
Kerbe führte nach einiger Zeit mit Zunahme<br />
der Kerbwirkung jedoch zu einer lokal erhöhten<br />
Zugspannung, weshalb die gerade gebildete Passivschicht<br />
wieder aufriss. Dann erfolgte der Angriff<br />
stetig in die Tiefe. Der Riss pflanzte sich mit stei-<br />
Schwingspielzahl [N]<br />
250.000<br />
200.000<br />
150.000<br />
100.000<br />
50.000<br />
14.171<br />
17.952<br />
22.280<br />
37.767<br />
32.156<br />
gender Geschwindigkeit fort [8]. Die Chrom-Nickel-<br />
Stähle hatten in 0,1n Natronlauge eine bessere<br />
Repassivierungsfähigkeit als in 0,1m Zitronensäure,<br />
ausgewiesen durch die entsprechend längere<br />
Lebensdauer.<br />
Im Gegensatz zur gleichmäßigen Verteilung der<br />
Brüche über die Tellerfedersäule beim Spannungsrisskorrosionsversuch<br />
versagte beim Schwingungsrisskorrosionsversuch<br />
überwiegend die zweite<br />
Tellerfeder in der 6 x 1 - Säule, weil bedingt durch<br />
die Versuchsvorrichtung die zweite Tellerfeder an<br />
der Oberseite und an der Unterseite am stärksten<br />
korrodiert (Abb. 26).<br />
12.924<br />
0<br />
1.4310 / S + D<br />
Tellerfedervarianten<br />
1.4568 / S + D 1.8159 / Geölt<br />
Im Rahmen des Forschungsvorhabens AVIF A115<br />
»Schwingfestigkeitsuntersuchungen an einzelnen<br />
Tellerfedern und an Tellerfedersäulen beliebiger<br />
Schichtungen« und des Fortsetzungsvorhaben AVIF<br />
A155 »Ergänzende Untersuchungen an Tellerfedern«<br />
wurden die Schwingfestigkeitseigenschaften<br />
von Tellerfedern an Luft untersucht. In Abbildung<br />
27 werden die Ergebnisse aus den beiden Forschungsvorhaben<br />
mit den Ergebnissen aus diesem<br />
Forschungsvorhaben verglichen.<br />
Die negativen Einflüsse bzw. Auswirkungen der Korrosion<br />
auf die Bauteilfestigkeit bei schwingender<br />
Betriebsbeanspruchung sind erfahrungsgemäß<br />
umso gravierender, je höher die Festigkeit des<br />
Bauteilwerkstoffes ist. Übliche niedrig legierte Federstähle<br />
bieten von sich aus keinen Schutz gegen<br />
17.207<br />
19.520<br />
32.747<br />
76.299<br />
13.956<br />
5.493<br />
Korrosion. Daher ist für Federn, die zur Erfüllung<br />
ihrer Funktion prinzipiell aus sehr hochfesten und<br />
relativ kerbempfindlichen Werkstoffen bestehen<br />
müssen, ein ausreichender Schutz gegenüber derartigen<br />
Einflüssen erforderlich. Beschädigungen der<br />
Federoberfläche durch einen chemischen oder<br />
elektrochemischen Angriff sind möglichst zu ver -<br />
meiden, da bereits kleinste Korrosionsnarben zu<br />
Brüchen führen können.<br />
ZUSAMMENFASSUNG<br />
DER SCHWINGUNGSRISS-<br />
KORROSIONSVERSUCHE<br />
5.178<br />
19.606<br />
230.305<br />
In Deionat hatten die Tellerfedern aus nichtrostenden<br />
Stählen die kürzeste Lebensdauer (Schwingspielzahl).<br />
In Abhängigkeit vom Medium war ihre<br />
Lebensdauer in der Reihenfolge: Natronlauge ><br />
Zitronensäure > NaCl > Deionat. Das Kugelstrahlen<br />
wirkte sich unabhängig vom Werkstoff positiv auf<br />
die Lebensdauer der Tellerfeder aus, besonders bei<br />
kleiner Schwingamplitude. Die beschichteten Tellerfedern<br />
aus 51CrV4 hatten allgemein bessere<br />
Schwingfestigkeitseigenschaften als die Tellerfedern<br />
aus nichtrostenden Stählen, mit Ausnahme in Zitronensäure.<br />
Von den beschichteten Tellerfedern verhielten<br />
sich die mechanisch verzinkten Tellerfedern<br />
am besten, die Dacromet- und Geomet-Beschichtungen<br />
sind spröde und bieten sich für zyklisch<br />
beanspruchte Tellerfedern nicht an.<br />
Abb. 27:<br />
Vergleich der Lebensdauerwerte<br />
der Tellerfedervarianten<br />
in<br />
Korrosionsmedien und<br />
an Luft (Schwingbreite<br />
0,2h 0 bis 0,8h 0).<br />
Deionat<br />
NaCl<br />
Zitronensäure<br />
NaOH<br />
Luft<br />
37
38<br />
LITERATURVERZEICHNIS<br />
[1] van Eijnsbergen J.F.H.<br />
Duplex Systems: hot-dip galvanizing plus painting.<br />
Elsevier Science BV. 1994<br />
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[5] Spähn, H.<br />
Beitrag zur Schädigungsfrüherkennung bei Kavitationserosion;<br />
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Dissertation TU Darmstadt, Shaker Verlag, Aachen 2007<br />
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Taschenbuch für den Maschinenbau;<br />
Dubbel Springer Verlag, Berlin 2004<br />
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Schwingfestigkeit von Tellerfedersäulen in Abhängigkeit<br />
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Berichte aus der Werkstofftechnik; Shaker Verlag, Aachen 2002<br />
39
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