KORROSIONSVERHALTEN VON TELLERFEDERN

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SCHWINGUNGSRISS-
KORROSIONSVERSUCHE
Ähnlich wie beim Spannungsrisskorrosionsversuch
sind die Tellerfedern auch hier einer Komplexbeanspruchung
(mechanisch und korrosiv) unterworfen,
aber im Unterschied zum Spannungsrisskorrosionsversuch
wird hier eine wechselnde mechanische
Belastung (zyklische Beanspruchung) aufgebracht.
DURCHFÜHRUNG DER SCHWINGUNGS-
RISSKORROSIONSVERSUCHE
Für diese Versuche wurden besondere Anforderungen
an die Versuchsdurchführung gestellt. Die Tellerfedersäulen
6 x 1 sollten mit einer Innenführung
ohne Fettung betätigt werden und dabei eine kontinuierliche
Berieselung mit dem Korrosionsmedium
stattfinden. Auf eine Versuchsführung mit
einem kompletten Eintauchen der Säule in das
Korrosionsmedium wurde verzichtet, um keinen
hydrostatischen Druckaufbau im Innenbereich der
Säule zu erzeugen, wodurch zusätzliche Kräfte auf
die Tellerfedern wirken können.
Abb. 21 Prüfstand für
Schwingungsrisskorrosionsversuch.
Die Werkstücke der Prüfvorrichtung zur Betätigung
der Säulen wurden aus einem Keramikwerkstoff
hergestellt, der über eine ausreichende Härte, Korrosions-
und Verschleißbeständigkeit verfügte und
auch elektrisch isolierend ist. Anfängliche Ausfälle
der Prüfvorrichtungen durch Bruch konnten mit
Hilfe eines geeigneten konstruktiven Aufbaus behoben
werden.
Der Prüfstand für die Schwingungsrisskorrosionsversuche
(Abbildung 21 und 22) besteht aus den
drei Modulen servohydraulische Prüfmaschine
(max. Kraft 63 kN, max. Hub 100 mm), Korro -
sionskammer und Vorratsgefäß mit Pumpe.
ERGEBNISSE DER SCHWINGUNGS-
RISSKORROSIONSVERSUCHE
In Tabelle 16 sind die Schwingspielzahlen der Tellerfedern
bis zum Bruch beim Schwingungsrisskorrosionsversuch
(Schwingbreite 0,2h 0 bis 0,8h 0)
in den verschiedenen Medien zusammengefasst.
Versuche in Meerwasseratmosphäre (schwer rea -
lisierbar) und in 40%iger MgCl 2-Lösung (große
Aggressivität) wurden nicht durchgeführt. Der
Vertreter für chloridhaltige Lösungen war 3%ige
NaCl-Lösung.
Abb. 22:
Korrosionskammer mit Belastungsvorrichtung.
Die aus nichtrostenden Stählen gefertigten Tellerfedervarianten
hatten die längste Lebensdauer in
0,1n Natronlauge, die kürzeste in Deionat. Die Lebensdauer
nahm von 0,1n Natronlauge über 0,1m
Zitronensäure und 3%ige NaCl-Lösung zu Deionat
ab. Das Deionat als Medium konnte die in der Luft
gebildete Passivschicht nicht elektrochemisch oder
chemisch zerstören, d.h. die nichtrostenden Stähle
sind in Deionat korrosionsbeständig, wodurch die
Tellerfedern aus nichtrostenden Stählen ein sehr
gutes Spannungsrisskorrosionsverhalten in Deionat
hatten (Lebensdauerwerte > 2500 Stunden
[Beständigkeitsgrenze] ohne Bruch und ohne Korrosionserscheinungen).
Unter schwingender mechanischer
Beanspruchung konnte die Passivschicht
aber durch lokales Austreten von Gleitbändern
zerstört werden. Die dadurch freigelegten Bereiche
konnten nicht repassiviert werden und wurden
als aktive Stelle (Lokalanoden) an der Oberfläche
elektrochemisch wirksam. Eine derart entstandene
Lokalanode konnte sich infolge des ungünstigen
Flächenverhältnisses von Anoden- zu
Kathodenfläche und des damit einhergehenden
örtlichen hohen Stoffumsatzes sowie der pH-Absenkung
im Lochgrund stabilisieren und zur Bildung
einer Kerbe führen.
In 3%iger NaCl-Lösung zeigten die Ergebnisse aus
dem Tauchversuch, dass die Luftpassivschicht von
den Chloridionen durchbrochen wurde. An den Tellerfederoberflächen
entstanden mehrere aktive
Zentren, wodurch das Flächenverhältnis von Anoden-
zu Kathodenfläche günstiger, der Stoffumsatz
damit geringer und die Lebensdauer verlängert
wurde.
In 0,1n Natronlauge und 0,1m Zitronensäure wurden
die aktiven Zentren infolge der Repassivierung
von der Passivschicht erneut bedeckt, wobei die Repassivierungsfähigkeit
und –geschwindigkeit in Natronlauge
besser ist als die in Zitronensäure. Dies
wird durch die elektrochemischen Untersuchungen
und in der Literatur bestätigt.
Die beschichteten Tellerfedervarianten hatten die
längste Lebensdauer in 0,1n Natronlauge und die
kürzeste in 0,1m Zitronensäure. Die längste Lebensdauer
war wie bei den Tellerfedervarianten aus
nichtrostenden Stählen auf die Hydroxidschichtbildung
in 0,1n Natronlauge zurückzuführen, die die
Tellerfedern gegen Korrosion schützt. Zinkschichten
reagierten mit Zitronensäure, was bereits beim
Tauchversuch und beim Spannungsrisskorrosionsversuch
ersichtlich war. Diese chemische Reaktion
führte zur Rissbildung in der Beschichtung, die sich
dann im Grundwerkstoff fortsetzte. Zusätzlich war
der niedrig legierte Werkstoff 1.8159 in 0,1m Zitronensäure
wegen deren niedrigen pH-Wertes (2.09)
sehr korrosionsanfällig. Die höhere Leitfähigkeit der
3%igen NaCl-Lösung (ca. 42,4 mS/cm) bedingte
eine kürzere Lebensdauer bei einigen beschichteten
Tellerfedervarianten als in Deionat (ca. 0,4 mS/cm).
Bei anderen war das Gegenteil der Fall. Die in der
chloridhaltigen Lösung gebildete Simonkolleit-
Schicht repariert ständig die verletzten Stellen und
der Bruch wurde verzögert.
Tellerfedervarianten Deionat NaCl NaOH Zitronensäure
1.4310/C/S + D 14.171 17.952 37.767 22.280
1.4310/C/S + D + K 18.255 20.300 38.033 25.389
1.4568/C/S + D 12.924 17.207 32.747 19.520
1.4568/C/S + D + K 20.480 24.823 34.555 20.090
1.4568/C/S + D + kolsterisiert 11.339 22.199 32.533 30.883
Mechanisch verzinkt + gelb chrom. 26.839 25.510 26.477 14.058
Mechanisch verzinkt + transp. chrom. 7.841 11.323 14.509 4.318
Dacromet beschichtet 5.676 4.944 6.033 4.849
Geomet beschichtet 5.428 6.159 4.517 4.031
Delta Tone + Delta Seal 24.975 10.355 10.127 5.563
Chemisch vernickelt 7.083 6.461 12.058 6.414
Wasserverdünnbar lackiert 22.138 13.469 9.902 4.195
Geölt 13.956 5.493 19.606 5.178
Tab. 16:
Lebensdauer (Bruchschwingspielzahl
N)
der Tellerfedern in
Säule 6 x 1 bei den
Schwingungssrisskorrosionsversuchen
(Schwingbreite 0,2h 0
bis 0,8h 0).
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