KORROSIONSVERHALTEN VON TELLERFEDERN

Abb. 25:
Vergleich der Lebensdauerwerte
aller Tellerfedervarianten
beim
Schwingungsrisskorrosionsversuch
in
0,1m Zitronensäue
(Schwingbreite 0,2h 0
bis 0,6h 0).
Abb. 26:
Korrosionserscheinungen
auf den nicht
kugelgestrahlten Tellerfedern
aus 1.4310
nach dem Schwingungsrisskorrosionsversuch
in 3%iger
NaCl-Lösung.
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Schwingungsrisskorrosionsversuch in 0,1m Zitronensäure
1.4310 / S + D
1.4310/ S + D + K
1.4568 / S + D
1.4568 / S + D + K
1.4568 / S + D + kolsterisiert
Mechan. verzinkt + gelb chrom.
Mechan. verzinkt + transp. chrom.
Dacromet beschichtet
Geomet beschichtet
Delta Tone / Delta Seal
Chemisch vernickelt
Wasserverd. lackiert
Geölt
30.037
47.338
34.692
41.433
40.250
73.386
49.507
28.192
24.128
22.578
19.208
15.703
28.078
Schwingspielzahl [N] 0 20.000 40.000 60.000 80.000
In 0,1m Zitronensäure Abb. 25 hatten die Tellerfedervarianten
aus nichtrostenden Stählen durchschnittlich
eine längere Lebensdauer als die beschichteten
Tellerfedervarianten. Durch die chemische
Reaktion zwischen der Zitronensäure und
dem Zink, das in den meisten Beschichtungen vorhanden
ist, wurden die Beschichtungen abgelöst.
Die wasserverdünnbare Lackschicht war chemisch
auch nicht beständig in 0,1m Zitronensäure. Diese
Faktoren führten zu einem früheren Versagen der
beschichteten Tellerfedern in 0,1m Zitronensäure
als in Deionat und 3%iger NaCl-Lösung. Aus den
Ergebnissen der elektrochemischen Untersuchungen
(hier nicht berichtet) war bekannt, dass Zitronensäure
für die passivierbaren Chrom-Nickel-
Stähle ein passivschichterzeugendes Medium ist.
Daher erfuhren die Tellerfedervarianten aus nicht-
rostenden Stählen hier eine Schwingungsrisskorrosion
im passiven Zustand. Bei der Schwingbeanspruchung
entstanden an der Oberfläche passivschichtfreie
Bereiche durch nach außen vordringende
Gleitbänder. Diese Bereiche stellten nun
kleine, hoch aktive Lokalanoden dar. Der Korro -
sionsangriff folgte dem Gleitband in den Werkstoff
hinein. In Zitronensäure sind Chrom-Nickel-Stähle
in der Lage an der Korrosionsstelle die ursprüng -
liche Passivschicht wieder auszubilden. Der Riss
kam dann vorübergehend zum Stillstand. Die aufgrund
des schon erfolgten Stoffumsatzes entstandene
Kerbe führte nach einiger Zeit mit Zunahme
der Kerbwirkung jedoch zu einer lokal erhöhten
Zugspannung, weshalb die gerade gebildete Passivschicht
wieder aufriss. Dann erfolgte der Angriff
stetig in die Tiefe. Der Riss pflanzte sich mit stei-
Schwingspielzahl [N]
250.000
200.000
150.000
100.000
50.000
14.171
17.952
22.280
37.767
32.156
gender Geschwindigkeit fort [8]. Die Chrom-Nickel-
Stähle hatten in 0,1n Natronlauge eine bessere
Repassivierungsfähigkeit als in 0,1m Zitronensäure,
ausgewiesen durch die entsprechend längere
Lebensdauer.
Im Gegensatz zur gleichmäßigen Verteilung der
Brüche über die Tellerfedersäule beim Spannungsrisskorrosionsversuch
versagte beim Schwingungsrisskorrosionsversuch
überwiegend die zweite
Tellerfeder in der 6 x 1 - Säule, weil bedingt durch
die Versuchsvorrichtung die zweite Tellerfeder an
der Oberseite und an der Unterseite am stärksten
korrodiert (Abb. 26).
12.924
0
1.4310 / S + D
Tellerfedervarianten
1.4568 / S + D 1.8159 / Geölt
Im Rahmen des Forschungsvorhabens AVIF A115
»Schwingfestigkeitsuntersuchungen an einzelnen
Tellerfedern und an Tellerfedersäulen beliebiger
Schichtungen« und des Fortsetzungsvorhaben AVIF
A155 »Ergänzende Untersuchungen an Tellerfedern«
wurden die Schwingfestigkeitseigenschaften
von Tellerfedern an Luft untersucht. In Abbildung
27 werden die Ergebnisse aus den beiden Forschungsvorhaben
mit den Ergebnissen aus diesem
Forschungsvorhaben verglichen.
Die negativen Einflüsse bzw. Auswirkungen der Korrosion
auf die Bauteilfestigkeit bei schwingender
Betriebsbeanspruchung sind erfahrungsgemäß
umso gravierender, je höher die Festigkeit des
Bauteilwerkstoffes ist. Übliche niedrig legierte Federstähle
bieten von sich aus keinen Schutz gegen
17.207
19.520
32.747
76.299
13.956
5.493
Korrosion. Daher ist für Federn, die zur Erfüllung
ihrer Funktion prinzipiell aus sehr hochfesten und
relativ kerbempfindlichen Werkstoffen bestehen
müssen, ein ausreichender Schutz gegenüber derartigen
Einflüssen erforderlich. Beschädigungen der
Federoberfläche durch einen chemischen oder
elektrochemischen Angriff sind möglichst zu ver -
meiden, da bereits kleinste Korrosionsnarben zu
Brüchen führen können.
ZUSAMMENFASSUNG
DER SCHWINGUNGSRISS-
KORROSIONSVERSUCHE
5.178
19.606
230.305
In Deionat hatten die Tellerfedern aus nichtrostenden
Stählen die kürzeste Lebensdauer (Schwingspielzahl).
In Abhängigkeit vom Medium war ihre
Lebensdauer in der Reihenfolge: Natronlauge >
Zitronensäure > NaCl > Deionat. Das Kugelstrahlen
wirkte sich unabhängig vom Werkstoff positiv auf
die Lebensdauer der Tellerfeder aus, besonders bei
kleiner Schwingamplitude. Die beschichteten Tellerfedern
aus 51CrV4 hatten allgemein bessere
Schwingfestigkeitseigenschaften als die Tellerfedern
aus nichtrostenden Stählen, mit Ausnahme in Zitronensäure.
Von den beschichteten Tellerfedern verhielten
sich die mechanisch verzinkten Tellerfedern
am besten, die Dacromet- und Geomet-Beschichtungen
sind spröde und bieten sich für zyklisch
beanspruchte Tellerfedern nicht an.
Abb. 27:
Vergleich der Lebensdauerwerte
der Tellerfedervarianten
in
Korrosionsmedien und
an Luft (Schwingbreite
0,2h 0 bis 0,8h 0).
Deionat
NaCl
Zitronensäure
NaOH
Luft
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