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Schwingungsrisskorrosion
Schwingungsrisskorrosion (Korrosionsermüdung)
Schlagworte:[/B]
Aktivzustand, Frequenzeinfluss, Korrosionsermüdung, Lochkorrosion, Oberflächengüte, Passivzustand, Rissbildung, Schweißnaht, Schwingung, Schwingungsrisskorrosion, Spannungsamplitude, Spannungsrisskorrosion, Wurzelfehler, Lastspielzahl
Erscheinungsform:
Bei gleichzeitiger Einwirkung von mechanischer Wechselbeanspruchung und Korrosion auf Metall tritt eine (meist) transkristalline Rissbildung ein. Bei nichtrostenden Stählen unterscheidet man zwischen Schwingungsrisskorrosion im Aktivzustand und Schwingungsrisskorrosion im Passivzustand. Befindet sich die Oberfläche im aktiven Zustand, tritt eine Vielzahl von Rissen auf; die Bruchfläche ist in der Regel zerklüftet. Verharrt die Metalloberfläche im passiven Zustand, so entsteht im Allgemeinen ein einzelner Anriss, der zum Bruch führt (glatte Bruchfläche mit Schwingungsstreifen). Die Intensität der Schwingungsrisskorrosion nimmt mit abnehmender Lastwechselfrequenz im Allgemeinen zu, bei hohen Frequenzen nähert sich das Schadbild dem eines reinen Ermüdungsbruches.
Mechanismus:
Beim Mechanismus der Schwingungsrisskorrosion spielt die Wechselwirkung der im Verlauf der mechanischen Wechselbeanspruchung auftretenden Gleitbänder mit dem Elektrolyten eine ausschlaggebende Rolle. Die Auflösungsgeschwindigkeit in den abgleitenden Oberflächenbezirken ist wesentlich höher als im nicht gleitenden Oberflächenbereich. An den entstehenden Mikrokerben treten in verstärktem Maße weitere Gleitbewegungen und örtlich erhöhter Korrosionsangriff auf. Diese wechselseitige Verstärkung führt schließlich zur Rissbildung.
Im Gegensatz zur Spannungsrisskorrosion gibt es für die Schwingungsrisskorrosion keine kritischen Grenzbedingungen hinsichtlich Belastungshöhe und Korrosionssystem. Sie kann an allen metallischen Werkstoffen und in allen Medien auftreten. Schwingungsrisskorrosion bedingt, dass sich im Wöhlerdiagramm keine Dauerfestigkeit bei 106 - 107 Lastwechseln einstellt, deren Unterschreitung sicherstellt, dass auch deutlich höhere Lastwechselzahlen nicht zum Versagen führen. In Schwingungsrisskorrosion fällt auch oberhalb von 106 - 107 Lastwechsel die ertragbare Schwingungsamplitude ab.
Einflussgrößen:
Je größer die Lastspielzahl ist, die vom Bauteil erreicht werden soll, und je schärfer die Korrosionsbeanspruchungen sind, umso niedriger müssen die Spannungsamplituden sein. Niedrige Lastspielfrequenzen können besonders schädigend wirken.
Das Schwingungsrisskorrosionsverhalten wird außerdem von der Beanspruchungsart, von der Bauteilgestaltung und Fertigung mitbestimmt. Zugeigenspannungen, z. B. nach dem Schweißen, und Kerben (Lochkorrosion) vermindern die Korrosionsschwingfestigkeit.
Konstruktive und fertigungstechnische Maßnahmen:
Wenn Schwingungsrisskorrosion durch Optimierung der Materialauswahl oder durch Ver%minderung der Aggressivität des Mediums, z. B. durch Zugabe von Inhibitoren, nicht beherrscht werden kann, sind weitere oft wirkungsvollere Schutzmaßnahmen möglich,
z. B.:
Begrenzung und Erniedrigung der Spannungsamplitude, z. B. durch Querschnittsvergrößerung
Trennung von Korrosionsmedium und Metalloberfläche, z. B. durch Abdichtungen, organische Beschichtungen etc.
Kathodischer Schutz:
Unter den zu a) zählenden Maßnahmen lassen sich zur Verhinde%rung oder Verzögerung der Schwingungsrisskorrosion diejenigen anwenden, die sich auch zur Verhütung von Dauerbrü%chen bewährt haben. Günstig sind durchweg Maßnahmen, die auf die Minderung der Spannungen insbesondere der örtlichen Spannungserhöhungen ausgerichtet sind:
Lassen sich aus der Gestaltung der Bauteile herrührende Spannungskonzentrationen nicht vermeiden, so ist zumindest der Überlagerung von spannungserhöhenden Faktoren entgegenzuwirken. Beispielsweise sollen Schweißnähte nicht in einen Querschnittsübergang gelegt wer%den, da sie neben einer geometrischen auch eine metallurgische Kerbwirkung durch Gefügeveränderungen ausüben.
Druckeigenspannungen in der Oberfläche, die z. B. durch Kugelstrahlen eingebracht werden, können die Beständigkeit gegen Schwingungsrisskorrosion im passiven Zustand verbessern.
Werden organische Beschichtungen als Schutzmaßnahme vorgesehen, so muss die Konstruktion beschichtungsgerecht ausgeführt werden. Die Beschichtung ist auf Porenfreiheit zu prüfen. Bei metallischen Überzügen, z. B. galvanischen Überzügen, beeinflusst der Eigenspannungs%zustand der Schicht das Schwingungsrisskorrosionsverhalten.
Häufige Schäden:
Lochkorrosionsstellen sind häufig Ausgangspunkte für Schwingungsrisskorrosion, vorwiegend bei passivierbaren Werkstoffen. Kerbstellen und Schweißverbindungen sind ebenfalls bevorzugte Stellen, von denen Risse ausgehen.
Beim Mechanismus der Schwingungsrisskorrosion spielt die Wechselwirkung der im Verlauf der mechanischen Wechselbeanspruchung auftretenden Gleitbänder mit dem Elektrolyten eine ausschlaggebende Rolle. Die Auflösungsgeschwindigkeit in den abgleitenden Oberflächenbezirken ist wesentlich höher als im nicht gleitenden Oberflächenbereich. An den entstehenden Mikrokerben treten in verstärktem Maße weitere Gleitbewegungen und örtlich erhöhter Korrosionsangriff auf. Diese wechselseitige Verstärkung führt schließlich zur Rissbildung.
Im Gegensatz zur Spannungsrisskorrosion gibt es für die Schwingungsrisskorrosion keine kritischen Grenzbedingungen hinsichtlich Belastungshöhe und Korrosionssystem. Sie kann an allen metallischen Werkstoffen und in allen Medien auftreten. Schwingungsrisskorrosion bedingt, dass sich im Wöhlerdiagramm keine Dauerfestigkeit bei 106 - 107 Lastwechseln einstellt, deren Unterschreitung sicherstellt, dass auch deutlich höhere Lastwechselzahlen nicht zum Versagen führen. In Schwingungsrisskorrosion fällt auch oberhalb von 106 - 107 Lastwechsel die ertragbare Schwingungsamplitude ab.
Einflussgrößen:
Je größer die Lastspielzahl ist, die vom Bauteil erreicht werden soll, und je schärfer die Korrosionsbeanspruchungen sind, umso niedriger müssen die Spannungsamplituden sein. Niedrige Lastspielfrequenzen können besonders schädigend wirken.
Das Schwingungsrisskorrosionsverhalten wird außerdem von der Beanspruchungsart, von der Bauteilgestaltung und Fertigung mitbestimmt. Zugeigenspannungen, z. B. nach dem Schweißen, und Kerben (Lochkorrosion) vermindern die Korrosionsschwingfestigkeit.
Konstruktive und fertigungstechnische Maßnahmen:
Wenn Schwingungsrisskorrosion durch Optimierung der Materialauswahl oder durch Verminderung der Aggressivität des Mediums, z. B. durch Zugabe von Inhibitoren, nicht beherrscht werden kann, sind weitere oft wirkungsvollere Schutzmaßnahmen möglich,
z. B.:
Begrenzung und Erniedrigung der Spannungsamplitude, z. B. durch Querschnittsvergrößerung
Trennung von Korrosionsmedium und Metalloberfläche, z. B. durch Abdichtungen, organische Beschichtungen etc.
Kathodischer Schutz:
Unter den zu a) zählenden Maßnahmen lassen sich zur Verhinde%rung oder Verzögerung der Schwingungsrisskorrosion diejenigen anwenden, die sich auch zur Verhütung von Dauerbrüchen bewährt haben. Günstig sind durchweg Maßnahmen, die auf die Minderung der Spannungen insbesondere der örtlichen Spannungserhöhungen ausgerichtet sind:
Lassen sich aus der Gestaltung der Bauteile herrührende Spannungskonzentrationen nicht vermeiden, so ist zumindest der Überlagerung von spannungserhöhenden Faktoren entgegenzuwirken. Beispielsweise sollen Schweißnähte nicht in einen Querschnittsübergang gelegt werden, da sie neben einer geometrischen auch eine metallurgische Kerbwirkung durch Gefügeveränderungen ausüben.
Druckeigenspannungen in der Oberfläche, die z. B. durch Kugelstrahlen eingebracht werden, können die Beständigkeit gegen Schwingungsrisskorrosion im passiven Zustand verbessern.
Werden organische Beschichtungen als Schutzmaßnahme vorgesehen, so muss die Konstruktion beschichtungsgerecht ausgeführt werden. Die Beschichtung ist auf Porenfreiheit zu prüfen. Bei metallischen Überzügen, z. B. galvanischen Überzügen, beeinflusst der Eigenspannungszustand der Schicht das Schwingungsrisskorrosionsverhalten.
Häufige Schäden:
Lochkorrosionsstellen sind häufig Ausgangspunkte für Schwingungsrisskorrosion, vorwiegend bei passivierbaren Werkstoffen. Kerbstellen und Schweißverbindungen sind ebenfalls bevorzugte Stellen, von denen Risse ausgehen.
Schlagworte:[/B]
Aktivzustand, Frequenzeinfluss, Korrosionsermüdung, Lochkorrosion, Oberflächengüte, Passivzustand, Rissbildung, Schweißnaht, Schwingung, Schwingungsrisskorrosion, Spannungsamplitude, Spannungsrisskorrosion, Wurzelfehler, Lastspielzahl
Erscheinungsform:
Bei gleichzeitiger Einwirkung von mechanischer Wechselbeanspruchung und Korrosion auf Metall tritt eine (meist) transkristalline Rissbildung ein. Bei nichtrostenden Stählen unterscheidet man zwischen Schwingungsrisskorrosion im Aktivzustand und Schwingungsrisskorrosion im Passivzustand. Befindet sich die Oberfläche im aktiven Zustand, tritt eine Vielzahl von Rissen auf; die Bruchfläche ist in der Regel zerklüftet. Verharrt die Metalloberfläche im passiven Zustand, so entsteht im Allgemeinen ein einzelner Anriss, der zum Bruch führt (glatte Bruchfläche mit Schwingungsstreifen). Die Intensität der Schwingungsrisskorrosion nimmt mit abnehmender Lastwechselfrequenz im Allgemeinen zu, bei hohen Frequenzen nähert sich das Schadbild dem eines reinen Ermüdungsbruches.
Mechanismus:
Beim Mechanismus der Schwingungsrisskorrosion spielt die Wechselwirkung der im Verlauf der mechanischen Wechselbeanspruchung auftretenden Gleitbänder mit dem Elektrolyten eine ausschlaggebende Rolle. Die Auflösungsgeschwindigkeit in den abgleitenden Oberflächenbezirken ist wesentlich höher als im nicht gleitenden Oberflächenbereich. An den entstehenden Mikrokerben treten in verstärktem Maße weitere Gleitbewegungen und örtlich erhöhter Korrosionsangriff auf. Diese wechselseitige Verstärkung führt schließlich zur Rissbildung.
Im Gegensatz zur Spannungsrisskorrosion gibt es für die Schwingungsrisskorrosion keine kritischen Grenzbedingungen hinsichtlich Belastungshöhe und Korrosionssystem. Sie kann an allen metallischen Werkstoffen und in allen Medien auftreten. Schwingungsrisskorrosion bedingt, dass sich im Wöhlerdiagramm keine Dauerfestigkeit bei 106 - 107 Lastwechseln einstellt, deren Unterschreitung sicherstellt, dass auch deutlich höhere Lastwechselzahlen nicht zum Versagen führen. In Schwingungsrisskorrosion fällt auch oberhalb von 106 - 107 Lastwechsel die ertragbare Schwingungsamplitude ab.
Einflussgrößen:
Je größer die Lastspielzahl ist, die vom Bauteil erreicht werden soll, und je schärfer die Korrosionsbeanspruchungen sind, umso niedriger müssen die Spannungsamplituden sein. Niedrige Lastspielfrequenzen können besonders schädigend wirken.
Das Schwingungsrisskorrosionsverhalten wird außerdem von der Beanspruchungsart, von der Bauteilgestaltung und Fertigung mitbestimmt. Zugeigenspannungen, z. B. nach dem Schweißen, und Kerben (Lochkorrosion) vermindern die Korrosionsschwingfestigkeit.
Konstruktive und fertigungstechnische Maßnahmen:
Wenn Schwingungsrisskorrosion durch Optimierung der Materialauswahl oder durch Ver%minderung der Aggressivität des Mediums, z. B. durch Zugabe von Inhibitoren, nicht beherrscht werden kann, sind weitere oft wirkungsvollere Schutzmaßnahmen möglich,
z. B.:
Begrenzung und Erniedrigung der Spannungsamplitude, z. B. durch Querschnittsvergrößerung
Trennung von Korrosionsmedium und Metalloberfläche, z. B. durch Abdichtungen, organische Beschichtungen etc.
Kathodischer Schutz:
Unter den zu a) zählenden Maßnahmen lassen sich zur Verhinde%rung oder Verzögerung der Schwingungsrisskorrosion diejenigen anwenden, die sich auch zur Verhütung von Dauerbrü%chen bewährt haben. Günstig sind durchweg Maßnahmen, die auf die Minderung der Spannungen insbesondere der örtlichen Spannungserhöhungen ausgerichtet sind:
Lassen sich aus der Gestaltung der Bauteile herrührende Spannungskonzentrationen nicht vermeiden, so ist zumindest der Überlagerung von spannungserhöhenden Faktoren entgegenzuwirken. Beispielsweise sollen Schweißnähte nicht in einen Querschnittsübergang gelegt wer%den, da sie neben einer geometrischen auch eine metallurgische Kerbwirkung durch Gefügeveränderungen ausüben.
Druckeigenspannungen in der Oberfläche, die z. B. durch Kugelstrahlen eingebracht werden, können die Beständigkeit gegen Schwingungsrisskorrosion im passiven Zustand verbessern.
Werden organische Beschichtungen als Schutzmaßnahme vorgesehen, so muss die Konstruktion beschichtungsgerecht ausgeführt werden. Die Beschichtung ist auf Porenfreiheit zu prüfen. Bei metallischen Überzügen, z. B. galvanischen Überzügen, beeinflusst der Eigenspannungs%zustand der Schicht das Schwingungsrisskorrosionsverhalten.
Häufige Schäden:
Lochkorrosionsstellen sind häufig Ausgangspunkte für Schwingungsrisskorrosion, vorwiegend bei passivierbaren Werkstoffen. Kerbstellen und Schweißverbindungen sind ebenfalls bevorzugte Stellen, von denen Risse ausgehen.
Beim Mechanismus der Schwingungsrisskorrosion spielt die Wechselwirkung der im Verlauf der mechanischen Wechselbeanspruchung auftretenden Gleitbänder mit dem Elektrolyten eine ausschlaggebende Rolle. Die Auflösungsgeschwindigkeit in den abgleitenden Oberflächenbezirken ist wesentlich höher als im nicht gleitenden Oberflächenbereich. An den entstehenden Mikrokerben treten in verstärktem Maße weitere Gleitbewegungen und örtlich erhöhter Korrosionsangriff auf. Diese wechselseitige Verstärkung führt schließlich zur Rissbildung.
Im Gegensatz zur Spannungsrisskorrosion gibt es für die Schwingungsrisskorrosion keine kritischen Grenzbedingungen hinsichtlich Belastungshöhe und Korrosionssystem. Sie kann an allen metallischen Werkstoffen und in allen Medien auftreten. Schwingungsrisskorrosion bedingt, dass sich im Wöhlerdiagramm keine Dauerfestigkeit bei 106 - 107 Lastwechseln einstellt, deren Unterschreitung sicherstellt, dass auch deutlich höhere Lastwechselzahlen nicht zum Versagen führen. In Schwingungsrisskorrosion fällt auch oberhalb von 106 - 107 Lastwechsel die ertragbare Schwingungsamplitude ab.
Einflussgrößen:
Je größer die Lastspielzahl ist, die vom Bauteil erreicht werden soll, und je schärfer die Korrosionsbeanspruchungen sind, umso niedriger müssen die Spannungsamplituden sein. Niedrige Lastspielfrequenzen können besonders schädigend wirken.
Das Schwingungsrisskorrosionsverhalten wird außerdem von der Beanspruchungsart, von der Bauteilgestaltung und Fertigung mitbestimmt. Zugeigenspannungen, z. B. nach dem Schweißen, und Kerben (Lochkorrosion) vermindern die Korrosionsschwingfestigkeit.
Konstruktive und fertigungstechnische Maßnahmen:
Wenn Schwingungsrisskorrosion durch Optimierung der Materialauswahl oder durch Verminderung der Aggressivität des Mediums, z. B. durch Zugabe von Inhibitoren, nicht beherrscht werden kann, sind weitere oft wirkungsvollere Schutzmaßnahmen möglich,
z. B.:
Begrenzung und Erniedrigung der Spannungsamplitude, z. B. durch Querschnittsvergrößerung
Trennung von Korrosionsmedium und Metalloberfläche, z. B. durch Abdichtungen, organische Beschichtungen etc.
Kathodischer Schutz:
Unter den zu a) zählenden Maßnahmen lassen sich zur Verhinde%rung oder Verzögerung der Schwingungsrisskorrosion diejenigen anwenden, die sich auch zur Verhütung von Dauerbrüchen bewährt haben. Günstig sind durchweg Maßnahmen, die auf die Minderung der Spannungen insbesondere der örtlichen Spannungserhöhungen ausgerichtet sind:
Lassen sich aus der Gestaltung der Bauteile herrührende Spannungskonzentrationen nicht vermeiden, so ist zumindest der Überlagerung von spannungserhöhenden Faktoren entgegenzuwirken. Beispielsweise sollen Schweißnähte nicht in einen Querschnittsübergang gelegt werden, da sie neben einer geometrischen auch eine metallurgische Kerbwirkung durch Gefügeveränderungen ausüben.
Druckeigenspannungen in der Oberfläche, die z. B. durch Kugelstrahlen eingebracht werden, können die Beständigkeit gegen Schwingungsrisskorrosion im passiven Zustand verbessern.
Werden organische Beschichtungen als Schutzmaßnahme vorgesehen, so muss die Konstruktion beschichtungsgerecht ausgeführt werden. Die Beschichtung ist auf Porenfreiheit zu prüfen. Bei metallischen Überzügen, z. B. galvanischen Überzügen, beeinflusst der Eigenspannungszustand der Schicht das Schwingungsrisskorrosionsverhalten.
Häufige Schäden:
Lochkorrosionsstellen sind häufig Ausgangspunkte für Schwingungsrisskorrosion, vorwiegend bei passivierbaren Werkstoffen. Kerbstellen und Schweißverbindungen sind ebenfalls bevorzugte Stellen, von denen Risse ausgehen.