Chemisch-mechanische Charakterisierung der kriechbeständigen bariumhaltigen Mg-Al-Ca-Legierung DieMag422: Quasistatisches und zyklisches Verformungsverhalten in unterschiedlichen Korrosionszuständen*

Philipp Wittke; Martin Klein; Frank Walther

doi:10.3139/120.110519

Artikel

Chemisch-mechanische Charakterisierung der kriechbeständigen bariumhaltigen Mg-Al-Ca-Legierung DieMag422

Quasistatisches und zyklisches Verformungsverhalten in unterschiedlichen Korrosionszuständen*

Philipp Wittke , Martin Klein und Frank Walther

Veröffentlicht/Copyright: 1. Oktober 2014

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Aus der Zeitschrift Materials Testing Band 56 Heft 1

Kurzfassung

Der Einfluss von Korrosion auf die Mikrostruktur und die damit einhergehenden mechanischen Eigenschaften der kriechbeständigen bariumhaltigen Mg-Al-Ca-Legierung DieMag422 wurden untersucht. Zur Bewertung des Korrosionsverhaltens wurden potenziodynamische Polarisationsmessungen und Immersionsversuche in pH7 mit und ohne Natriumchlorid durchgeführt. Die Korrosionsmechanismen wurden an Proben mit definierten Korrosionszuständen mikrostrukturell im REM analysiert. Die Festigkeits- und Verformungseigenschaften nichtkorrodierter und korrodierter Proben wurden in quasistatischen Zugversuchen verglichen, wobei ein signifikanter Abfall der Zugfestigkeit und Bruchdehnung mit steigendem Grad an korrosiver Schädigung festgestellt wurde. Die Ermüdungseigenschaften wurden in mehrstufigen und einstufigen Versuchen mithilfe von Hysteresis-, Temperatur- und elektrischen Widerstandsmessungen für verschiedene Korrosionszustände charakterisiert. Der Laststeigerungsversuch ermöglicht eine Abschätzung der Dauerfestigkeit und die Bestimmung der zum Bruch führenden Spannungsamplitude mit einer Probe. Die Ermüdungsergebnisse belegen einen signifikanten Abfall der Dauerfestigkeit und Bruchspannungsamplitude mit steigendem Korrosionsgrad. Die eingesetzten Messverfahren erlauben gleichermaßen die Charakterisierung der Ermüdungseigenschaften und die Darstellung des aktuellen Ermüdungszustands. Die thermische und elektrische Werkstoffreaktion verhält sich proportional zur zyklischen plastischen Verformung und bietet die Möglichkeit den aktuellen Ermüdungszustand von Bauteilen selbst unter Betriebsbedingungen im Sinne eines Condition-Monitorings zu bewerten.

Abstract

The influence of corrosion on the microstructure and the depending mechanical properties was investigated for the creep-resistant Mg-Al-Ca alloy DieMag422 containing barium. In order to investigate the corrosion behavior, potentiodynamic polarization measurements and immersion tests were performed in pH7 without and with sodium chloride. Specimens in defined corrosion conditions were investigated by SEM for microstructure-related assessment of corrosion mechanisms. Strength and strain properties of non-corroded and corroded specimens were compared in tensile tests, underlining a significant decrease of tensile strength and fracture strain with increasing corrosion grade. The fatigue behaviour of the DieMag422 alloy in different corrosion conditions was characterized in multiple step and single step tests by means of mechanical stress-strain-hysteresis, temperature and electrical resistance measurements. Load increase tests allow to estimate the endurance limit and to determine the stress amplitude leading to fracture with one specimen. Fatigue results also showed a significant decrease in the estimated endurance limit and the failure stress with increasing corrosion grade. The applied physical measurement techniques can be equivalently used for the characterization of the fatigue behavior and representation of the actual fatigue state. The thermal and electrical materials responses were proportional to cyclic plastic deformation and provide the opportunity to evaluate the actual fatigue state of components under service loading in terms of condition monitoring.

* Dieser Beitrag wurde auszugsweise auf der Tagung Werkstoffprüfung 2012 präsentiert

Dipl.-Ing. Philipp Wittke, Jahrgang 1982, studierte an der Ruhr-Universität Bochum Maschinenbau mit dem Schwerpunkt Werkstoffe. Nach dem Abschluss seiner Diplomarbeit war er in den Monaten Juli und August 2011 als wissenschaftliche Hilfskraft am Fachgebiet Werkstoffprüfung an der Ruhr-Universität Bochum, unter Leitung von Prof. Pohl, tätig. Seit September 2011 ist er als wissenschaftlicher Angestellter am Fachgebiet Werkstoffprüftechnik (WPT) an der TU Dortmund, unter Leitung von Prof. Walther, im Bereich der zerstörenden Werkstoffprüfung tätig.

M. Eng. Martin Klein, Jahrgang 1987, studierte an der Hochschule Niederrhein Chemieingenieurwesen mit dem Schwerpunkt Technische Chemie. Nach dem Abschluss seiner Masterarbeit ist er seit August 2012 als wissenschaftlicher Angestellter am Fachgebiet Werkstoffprüftechnik (WPT) an der TU Dortmund, unter Leitung von Prof. Walther, im Bereich Korrosion und zerstörender Werkstoffprüfung tätig.

Prof. Dr.-Ing. habil. Frank Walther, Jahrgang 1970, studierte von 1992 bis 1997 Maschinenbau mit Vertiefungsrichtung Werkstofftechnik an der TU Kaiserslautern und promovierte 2002 am dortigen Lehrstuhl für Werkstoffkunde (WKK) über das Ermüdungsverhalten hochbeanspruchter ICE-Radstähle. Nach der Tätigkeit als Leiter des Forschungsbereichs Schwingfestigkeit am WKK von 2002 bis 2008, im Rahmen derer er sich 2007 in Werkstoffkunde habilitierte, war er bei der Schaeffler Technologies GmbH & Co. KG in Herzogenaurach in der Zentralen Entwicklung für öffentliche Forschungsförderung und werkstoffwissenschaftliche Sonderprojekte verantwortlich. Seit Dezember 2010 ist er Professor für Werkstoffprüftechnik (WPT) in der Fakultät Maschinenbau der TU Dortmund. Im Bereich der zerstörenden und zerstörungsfreien Werkstoff- und Bauteilprüfung beschäftigt er sich mit der mess- und prüftechnischen Ermittlung von Struktur-Eigenschaft-Beziehungen von Konstruktionswerkstoffen unter Berücksichtigung der Einflussgrößen Fertigung, Betriebsbeanspruchung und Korrosion. Daneben stellen die Charakterisierung des Ermüdungsverhaltens unter mechanischen und/oder thermischen Randbedingungen vom Low-Cycle-Fatigue(LCF)- bis Very-High-Cycle-Fatigue(VHCF)-Bereich sowie die Berechnung des Schädigungsfortschritts und der (Rest-)Lebensdauer einen weiteren Forschungsschwerpunkt dar.

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Online erschienen: 2014-10-01

Erschienen im Druck: 2014-01-02

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https://doi.org/10.3139/120.110519