A210

Untersuchungen zum Korrosionsverhalten von Tellerfedern und Tellerfedersäulen

( A210 S 24/10060/03)

Laufzeit der Forschungsarbeiten: 1. Januar 2004 - 30. April 2006

Tellerfedern werden zu einem nicht unerheblichen Anteil unter korrosiven Betriebsbedingungen eingesetzt. Tellerfedern sind, wie andere Federelemente auch, hinsichtlich einer Korrosions-einwirkung als besonders kritisch zu betrachten, weil durch die hohe erforderliche Festigkeit der Federwerkstoffe ein besonders kerbempfindlicher Werkstoffzustand vorliegt. Zusammen mit der oft sehr hohen statischen oder schwellenden Betriebsbeanspruchung führen korrosionsbedingte Oberflächenverletzungen zu örtlichen Spannungsspitzen, die für Federn eine drastische Reduzierung ihrer Lebensdauer bewirken können.

Das vorliegende Forschungsvorhaben verfolgte zwei Hauptziele. Das erste Ziel war die Analyse des Korrosionsverhaltens von Tellerfedern und Tellerfedersäulen unter mechanisch-korrosiver Komplexbeanspruchung. Dazu wurden die Auswirkungen verschiedener Einflussparameter wie Einsatztemperatur, Werkstoff und Fertigungszustand der Tellerfedern, Schichtung der Tellerfedersäule sowie Belastungshöhe berücksichtigt. Das zweite Ziel war die vergleichende Bewertung der Wirkung und der Einsatzmöglichkeiten zweier Korrosionsschutzalternativen, und zwar einerseits der Verwendung von Tellerfedern aus korrosionsbeständigen Werkstoffen und andererseits der Beschichtung von Tellerfedern aus nicht korrosionsbeständigen Grundwerkstoffen.

Um die angestrebten Forschungsziele erreichen zu können, ging die Untersuchung zuerst von dem Verhalten der Tellerfedern unter rein korrosiver Beanspruchung aus. Anschließend wurden die Versuchstellerfedern zusätzlich mechanisch beansprucht und das Spannungsrisskorrosionsverhalten sowie das Schwingungsrisskorrosionsverhalten der einzelnen Tellerfedervarianten ermittelt. Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wurden insgesamt folgende Untersu-chungsmethoden an den Tellerfedern eingesetzt:

• Tauchversuch
• VDA-Wechseltest
• Elektrochemische Untersuchung
• Spannungsrisskorrosionsversuch mit Konstantlast
• Dehnungsinduzierter Spannungsrisskorrosionsversuch
• VDA-Wechseltest mit mechanischer Beanspruchung
• Schwingungsrisskorrosionsversuch
• Begleitende Untersuchungen (REM-Untersuchung, Eigenspannungsmessung usw.)

Die hierbei untersuchten Tellerfedern können in zwei Gruppen unterteilt werden, und zwar in unbeschichtete Federn aus nichtrostenden Stählen (X10CrNi188, Werkstoff-Nr. 1.4310 und X7CrNiAl177, Werkstoff-Nr. 1.4568) und in beschichtete Federn aus 51CrV4 (Werkstoff-Nr. 1.8159). Die Federn unterscheiden sich außerdem durch verschiedene Abmessungen (Größe B und C) und Fertigungszustände (gestanzt, gedreht und kugelgestrahlt).

Beispielhaft für die Vielzahl der im Betrieb möglichen Korrosionsmedien wurden für die Untersuchungen insgesamt sechs Medien ausgewählt, die den Bereich von alkalischen bis sauren sowie unterschiedlich stark chlorionenhaltigen Medien umspannen.

Innerhalb des Untersuchungszeitraums wurden über 1200 verschiedene Versuche durchgeführt. Die für die Untersuchungen benötigten Vorrichtungen und Prüfstände wurden am Institut für Werkstoffkunde der TU Darmstadt konzipiert und durch Vorversuche kontinuierlich verbessert. Bei der Bewertung von Korrosionswirkungen empfiehlt es sich, immer ein komplettes Kor-rosionssystem Werkstoff / Medium / Beanspruchung zu betrachten. Der gleiche Werkstoff zeigt u. U. unterschiedliche Korrosionsmechanismen in verschiedenen Medien, eine zusätzliche mechanische Beanspruchung kann das Verhalten des Werkstoffs zusätzlich verändern. Aus diesem Grund wurde das Korrosionsverhalten der Tellerfedern nach Medien und Beanspruchung getrennt untersucht.

Die umfangreichen und detaillierten Ergebnisse der vorliegenden Untersuchungen tragen wesentlich zu einem verbesserten Kenntnisstand über die Möglichkeiten, aber auch Grenzen des Einsatzes von Tellerfedern aus nichtrostenden Stählen und von unterschiedlich beschichteten Tellerfedern aus dem Vergütungsstahl 51CrV4 in unterschiedlichen Korrosionsmedien bei. Dies kann zukünftig dazu dienen, für Tellerfedern und Tellerfedersäulen mit konkreten Aufgabenstellungen in korrosiver Umgebung (Komplexbeanspruchung) die richtige Wahl bezüglich des Werkstoffs, der Beschichtung und des Fertigungsverfahrens zu treffen.

Forschungsstelle 1:
Institut für Werkstoffkunde der Technischen Universität Darmstadt (lfW)
www.tu-darmstadt.de/mpa-ifw
 
Forschungsleiter 1:
Prof. Dr.-Ing. Christina Bergerr
 
(vorgelegt vom Wirtschaftsverband Stahl- und Metallverarbeitung e.V. (WSM) für Verband der Deutschen Federnindustrie e.V. (VDFI))

Das Forschungsvorhaben wurde gefördert von der Stiftung Stahlanwendungsforschung im Stifterverband für die Deutsche Wissenschaft e.V.

Bezugsquelle Schlussbericht:
bitte wenden Sie sich an die AVIF