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Kavitationskorrosion
Schlagworte:
Amplitude, Blasenimplosion, Druckschwankung, Frequenz, Kavitationskorrosion, Rissbildung, schwingende Festkörperwände, Strömung
Erscheinungsform:
Kavitationskorrosion führt zu einer lokalen Zerstörung der Metalloberfläche. Makroskopisch ist Kavitationskorrosion durch eine raue Oberfläche des Werkstückes mit Materialabtrag gekennzeichnet. Mikroskopisch können oberflächliche Anrisse, lochartige Aufweitungen und örtliche Mikrokrater mit erhöhten Rändern nachgewiesen werden.
Im Frühstadium haben die Schadensbilder kein beanspruchungstypisches Aussehen, sie können also nicht eindeutig der Kavitationskorrosion zugeordnet werden.
Mechanismus:
In schnell strömenden Flüssigkeiten und im Bereich von Festkörperoberflächen, die in Flüssigkeiten schwingen, entstehen Gas- und/oder Dampfblasen dort, wo der Druck in der Flüssigkeit erniedrigt wird. Bei Wiederanstieg des Drucks brechen diese Blasen innerhalb sehr kurzer Zeit mit einer Geschwindigkeit von bis zu 500 m/sec wieder zusammen (Implosion). Durch die Implosion derjenigen Blasen, die sich in unmittelbarer Nähe der Metalloberfläche befinden, d. h. deren Abstand kleiner als der Blasenradius ist (jet impact), wird eine mechanische Werkstoffschädigung bewirkt.
Mit der mechanischen tritt gleichzeitig eine korrosive Beanspruchung auf. Es werden ständig aktive Werkstoffoberflächen freigelegt oder geschaffen, und sich bildende Deckschichten werden zerstört. Beide Beanspruchungskomponenten beeinflussen sich gegenseitig, jedoch nicht in einfacher linearer Überlagerung. Eine optisch erkennbare Veränderung der Festkörperoberfläche tritt vor dem Auftreten eines messbaren Masseverlustes ein.
Die Ermüdungskomponente der mechanischen Beanspruchung führt zu plastischer Verformung der Festkörperoberfläche und kann eventuell später Rissbildung und ein Ausbrechen von Werkstoffpartikeln zur Folge haben.
Einflussgrößen:
Von Einfluss auf Ablauf, Umfang und Erscheinungsbild des Schadens sind:
Feingestalt der Festkörperoberfläche.
Gefügeaufbau im Bereich der Festkörperoberfläche.
Festigkeit, Härte, Zähigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Korrosionszeitfestigkeit des bean%spruchten Werkstoffs.
Spannungszustand in der beanspruchten Oberflächenzone.
Viskosität, Temperatur, Korrosivität, Gasgehalt und Dampfdruck der Flüssigkeit.
Höhe des Drucks bzw. der Druckschwankungen im System Festkörper/Flüssigkeit.
Korrosivität des Mediums:
Die Verknüpfungen zwischen den einzelnen Einflussgrößen sind sehr vielgestaltig und in ihrer Wirkung oftmals nicht vorhersehbar.
Konstruktive und fertigungstechnische Maßnahmen:
Vermeidung von wechselnden Unter- und Überdrücken in einem System (Pumpenkavitation). Durch günstige Gestaltung des Strömungskanals und durch Verringerung von Amplitude oder besser von Amplitude und Frequenz schwingender Werkstoffoberflächen wird die Blasenbildung in der Flüssigkeit vermindert oder vermieden.
Bei Beanspruchung durch Kavitationskorrosion sollen Werkstoffe mit möglichst hoher Härte und noch ausreichender Duktilität mit homogenem Gefüge und glatter Oberfläche eingesetzt werden. Hohe Korrosionsbeständigkeit ist zu fordern. Wenn diese jedoch auf der Ausbildung von schützenden Deckschichten beruht, ist sie im Falle erhöhter mechanischer Beanspruchung bei Kavitationskorrosion unwirksam.
Außerdem kann das Aufbringen von Überzügen, z. B. von galvanisch abgeschiedenem Chrom, als Schutzmaßnahme vorgesehen werden.
Häufige Schäden:
Schiffspropeller, Kondensatorrohre, Zylinderlaufbüchsen wassergekühlter Verbrennungskraft%maschinen, hydraulische Anlagen, Erweiterungen in Strömungskanälen und Pumpenlaufräder sind besonders gefährdet.
Amplitude, Blasenimplosion, Druckschwankung, Frequenz, Kavitationskorrosion, Rissbildung, schwingende Festkörperwände, Strömung
Erscheinungsform:
Kavitationskorrosion führt zu einer lokalen Zerstörung der Metalloberfläche. Makroskopisch ist Kavitationskorrosion durch eine raue Oberfläche des Werkstückes mit Materialabtrag gekennzeichnet. Mikroskopisch können oberflächliche Anrisse, lochartige Aufweitungen und örtliche Mikrokrater mit erhöhten Rändern nachgewiesen werden.
Im Frühstadium haben die Schadensbilder kein beanspruchungstypisches Aussehen, sie können also nicht eindeutig der Kavitationskorrosion zugeordnet werden.
Mechanismus:
In schnell strömenden Flüssigkeiten und im Bereich von Festkörperoberflächen, die in Flüssigkeiten schwingen, entstehen Gas- und/oder Dampfblasen dort, wo der Druck in der Flüssigkeit erniedrigt wird. Bei Wiederanstieg des Drucks brechen diese Blasen innerhalb sehr kurzer Zeit mit einer Geschwindigkeit von bis zu 500 m/sec wieder zusammen (Implosion). Durch die Implosion derjenigen Blasen, die sich in unmittelbarer Nähe der Metalloberfläche befinden, d. h. deren Abstand kleiner als der Blasenradius ist (jet impact), wird eine mechanische Werkstoffschädigung bewirkt.
Mit der mechanischen tritt gleichzeitig eine korrosive Beanspruchung auf. Es werden ständig aktive Werkstoffoberflächen freigelegt oder geschaffen, und sich bildende Deckschichten werden zerstört. Beide Beanspruchungskomponenten beeinflussen sich gegenseitig, jedoch nicht in einfacher linearer Überlagerung. Eine optisch erkennbare Veränderung der Festkörperoberfläche tritt vor dem Auftreten eines messbaren Masseverlustes ein.
Die Ermüdungskomponente der mechanischen Beanspruchung führt zu plastischer Verformung der Festkörperoberfläche und kann eventuell später Rissbildung und ein Ausbrechen von Werkstoffpartikeln zur Folge haben.
Einflussgrößen:
Von Einfluss auf Ablauf, Umfang und Erscheinungsbild des Schadens sind:
Feingestalt der Festkörperoberfläche.
Gefügeaufbau im Bereich der Festkörperoberfläche.
Festigkeit, Härte, Zähigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Korrosionszeitfestigkeit des bean%spruchten Werkstoffs.
Spannungszustand in der beanspruchten Oberflächenzone.
Viskosität, Temperatur, Korrosivität, Gasgehalt und Dampfdruck der Flüssigkeit.
Höhe des Drucks bzw. der Druckschwankungen im System Festkörper/Flüssigkeit.
Korrosivität des Mediums:
Die Verknüpfungen zwischen den einzelnen Einflussgrößen sind sehr vielgestaltig und in ihrer Wirkung oftmals nicht vorhersehbar.
Konstruktive und fertigungstechnische Maßnahmen:
Vermeidung von wechselnden Unter- und Überdrücken in einem System (Pumpenkavitation). Durch günstige Gestaltung des Strömungskanals und durch Verringerung von Amplitude oder besser von Amplitude und Frequenz schwingender Werkstoffoberflächen wird die Blasenbildung in der Flüssigkeit vermindert oder vermieden.
Bei Beanspruchung durch Kavitationskorrosion sollen Werkstoffe mit möglichst hoher Härte und noch ausreichender Duktilität mit homogenem Gefüge und glatter Oberfläche eingesetzt werden. Hohe Korrosionsbeständigkeit ist zu fordern. Wenn diese jedoch auf der Ausbildung von schützenden Deckschichten beruht, ist sie im Falle erhöhter mechanischer Beanspruchung bei Kavitationskorrosion unwirksam.
Außerdem kann das Aufbringen von Überzügen, z. B. von galvanisch abgeschiedenem Chrom, als Schutzmaßnahme vorgesehen werden.
Häufige Schäden:
Schiffspropeller, Kondensatorrohre, Zylinderlaufbüchsen wassergekühlter Verbrennungskraft%maschinen, hydraulische Anlagen, Erweiterungen in Strömungskanälen und Pumpenlaufräder sind besonders gefährdet.