Einfluss von Korrosion und Temperatur auf das Ermüdungsverhalten der Magnesium-Druckgusslegierung AZ91 hp

Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, qualitative und quantitative Informationen über die Umgebungseinflüsse auf die Ermüdungslebensdauer der Magnesiumdruckgusslegierung AZ91 hp, wie sie z.B. beim Einsatz im Automobil auftreten, bereitzustellen. Für direkt gegossenen Ermüdungsproben ergibt sich in der Umlaufbiegeprüfung eine Dauerfestigkeit bei einer maximalen Spannungsamplitude von 100 MPa. Für Belastungszustände im Zug-Schwellbereich wurde eine maximale Oberspannung von 100 MPa ermittelt. Eine spanabhebende Bearbeitung der Oberfläche führt zu einer Erhöhung der maximal ertragbaren Spannungsamplitude. Dies liegt zum einen in der Verringerung der Oberflächenrauigkeit, zum anderen im Einbringen von Druckeigenspannungen in die Oberfläche durch Verformung der oberflächennahen Bereiche. Bei einer Temperatur von 150°C wird die maximal ertragbare Oberspannung auf 75 MPa erniedrigt. Bei -40°C ist die Lebensdauer ebenfalls reduziert, die maximale Oberspannung beträgt 65 MPa. Eine Vorkorrosion im Salzsprühnebel führt zu einer Erniedrigung der maximal ertragbaren Spannungsamplitude auf 60 MPa. Wird die Oberfläche der Probe vor der Korrosion spanabhebend bearbeitet, fällt die maximal ertragbare Spannungsamplitude auf 55 MPa. Durch kürzere Vorkorrosionszeiten sinkt die Ermüdungslebensdauer weniger stark ab. Das Ruhepotential für direkt gegossene Proben mit Gusshaut beträgt -1350 mV, Proben ohne Gusshaut besitzen ein geringeres Ruhepotential. Durch eine zyklische mechanische Spannung verschiebt sich die Stromdichte-Potential-Kurve in kathodischer Richtung. Das freie Korrosionspotential oszilliert mit gleicher Frequenz wie die mechanische Spannung. Die Amplitude der Potentialschwankung ist von der Höhe der Oberspannung abhängig. Durch die Zugspannung bilden sich Risse in der schützenden Gusshaut, frische Metalloberfläche wird freigelegt und es bildet sich eine galvanische Zelle aus. Die Gusshaut stellt einen nicht vollständig geschlossenen Passivfilm dar. Eine Schutzfunktion besteht durch ein aluminiumreiches Oxid dennoch, sowohl bei reiner Korrosion als auch bei Schwingungsrisskorrosion.

This thesis intends to yiels qualitative and quantitative information about environmental influence, which occurs in automotive use, on fatigue properties of the magnesium die cast alloy AZ91 hp. The maximum stress amplitude for the endurance limit of directly cast fatigue specimens is 100 MPa, determined by rotating beam test. The upper stress for tensile threshold is 100 MPa. Modifying the surface by metal cutting entails an increase of the maximum stress amplitude. This is due to a reduction of surface roughness as well as internal stress at surface regions caused by deformation. At a temperature of 150°C the maximum upper stress limit is reduced to 75 MPa. At -40°C, life time is also reduced and the upper stress is 65 MPa then. Precorrosion in salt spray reduces the maximum stress amplitute to 60 MPa. If the surface of the sample is modified by metal cutting, the maximum stress amplitude is 55 MPa. By shorter precorrosion fatigue life time is reduced less severely. Corrosion potential is -1305 mV for directly cast fatigue specimens with cast skin. Samples without cast skin show lower potential. A cyclic mechanical stress moves the current density potential curve in cathodic direction. The free corrosion potential oscillates with the same frequency as the mechanical stress. The amplitude of potential variation depends on upper stress limit. Due to tensile load, cracks appear in the protective cast skin, fresh metal surface is exposed and a galvanic cell develops. The cast skin isn't a completely closed passive film. Both with corrosion and corrosion fatigue, some protection is yielded by an oxide rich in aluminium.