Neue Ansätze zur Bewertung des Korrosionseinflusses auf die Schwingfestigkeit von Aluminiumlegierungen

Aluminiumbauteile werden während des Feldeinsatzes in Kraftfahrzeugen, vor allem in den Wintermonaten durch den Einsatz von Tausalzen, korrosiv beansprucht. Über den Einsatzzeitraum von mehreren Jahren bis Jahrzehnten kann sich erhebliche lokalisierte korrosive Schädigung in der Form von Lochkorrosion und interkristalliner Korrosion bilden. Zusätzlich kommt es durch die Überlagerung von mechanischer und korrosiver Beanspruchung zu Effekten der Korrosionsermüdung. In dieser Arbeit werden die Auswirkungen von Korrosion auf die Schwingfestigkeit von Aluminiumbauteilen untersucht.
Im Bereich der simultanen mechanischen und korrosiven Beanspruchung durch eine 5%-ige NaCl-Lösung wird sowohl für die Druckgusslegierungen AlSi10MgMn (EN AC-43500) als auch für die Knetlegierung AlSi1MgMn (EN AW-6082 T6) gezeigt, dass es zu einer Reduktion der Schwingfestigkeit in einem Bereich von 26%–39% bei 10^6 Lastspielen aufgrund von Korrosionsermüdung kommt. Dabei wird bei einer Grenzlastspielzahl von bis zu 10^7 Lastspielen kein langzeitfestes Verhalten unter Korrosionsermüdung festgestellt. Untersuchungen der Legierung AlSi10MgMn zeigen, dass die Schwingfestigkeitsreduktion unabhängig von den untersuchten Oberflächenzuständen ist. Sowohl für eine raue, unbearbeitete Oberfläche als auch für eine polierte, bearbeitete Oberfläche stellt sich eine vergleichbare Reduktion der Schwingfestigkeit von bis zu 37% bei 2·10^6 Lastwechsel ein. Untersuchungen der Legierung AlSi1MgMn offenbaren, dass der schädigende Effekt von Korrosionsermüdung abhängig vom Spannungsgradienten ist. Es zeigt sich eine erhöhte Stützzahl unter Korrosionsermüdung sowohl für reine Zug/Druck- als auch Umlaufbiegebeanspruchungen. Die Kombination einer Schwingfestigkeitsabnahme aufgrund von Korrosionsermüdung und einem konventionellen Stützwirkungsmodell auf Basis von Versuchen ohne korrosiven Agriff führt folglich zu einem konservativen Auslegungskriterium.
Wöhlerversuche an den beiden Gusslegierungen AlSi9Cu3 und AlSi10MgMn im vorkorrodierten Zustand zeigen einen signifikanten Einfluss von lokalisierten korrosiven Schäden auf die Schwingfestigkeit. Dabei nimmt die Langzeitfestigkeit abhängig von der Korrosionstiefe um bis zu 42% ab. Mit Hilfe bruchmechanischer Berechnungsmethoden und Materialparameter erfolgt eine Bewertung der Schwingfestigkeitsreduktion auf Basis der statistischen Korrosionstiefenverteilung der vorkorrodierten Proben. Für eine qualitativ gute Bewertung hat sich die Implementierung des Kurzrisswachstumsbereiches als essenziell erwiesen.