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Über dieses Buch

Unter Betriebsbedingungen werden gelötete Bauteile statischen und zyklischen Beanspruchungen in aggressiven Abgaskondensaten ausgesetzt, sodass das Korrosionsermüdungsverhalten der Lötverbindungen für den zuverlässigen Betrieb entscheidend ist. Anke Schmiedt-Kalenborn charakterisiert mikrostrukturbasiert das Ermüdungs- und Korrosionsermüdungsverhalten von Lötverbindungen des metastabilen Austenits X2CrNi18‑9 (1.4307) mit Nickelbasislot Ni 620 und Goldbasislot Au 827. Dabei werden das Ermüdungsverhalten der Lötverbindungen an Luft, vor und nach einer langzeitigen Kondensatkorrosion nach VDA 230‑214, sowie in synthetischem Abgaskondensat K2.2 unter Verwendung einer neuartigen Prüfsystematik bewertet und zugrundeliegende verformungs- und korrosionsbedingte Schädigungsmechanismen separiert.

Die Autorin:

Anke Schmiedt-Kalenborn arbeitete als wissenschaftliche Mitarbeiterin am Fachgebiet Werkstoffprüftechnik (WPT) der Technischen Universität Dortmund und schloss dort ihre Promotion im Bereich der Ermüdung und Korrosionsermüdung ab.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Kapitel 1. Einleitung und Zielsetzung

Zusammenfassung
In den letzten Jahrzehnten wurden zahlreiche technische Lösungen für Automobilmotoren und -abgassysteme entwickelt, um die strengen Abgasnormen und gesetzlichen Grenzwerte zum Ausstoß von Schadstoffen, wie Stickoxiden (NOx), Kohlenmonoxiden und Rußpartikeln, zu erfüllen. Zur Absenkung der NOx-Emissionen werden in den meisten modernen Dieselmotoren Abgasrückführungssysteme eingesetzt, die einen Teil des sauerstoffarmen und gekühlten Abgases zum Brennraum zurückführen. Die darin verbauten Abgaswärmetauscher bestehen aus einer Vielzahl von Komponenten, häufig aus austenitischen CrNi-Stählen, die durch Lötverfahren mit Nickelbasislot gefügt werden.
Anke Schmiedt-Kalenborn

Kapitel 2. Grundlagen und Stand der Technik

Zusammenfassung
Das erste Patent für einen nichtrostenden Stahl des Typs CrNi18-10 wurde 1912 von der Firma Krupp in Essen eingereicht. Seit den 50er Jahren wurden die Legierungssysteme und Herstellungsverfahren kontinuierlich weiterentwickelt, um Produktionskosten zu reduzieren und Werkstoffeigenschaften hinsichtlich Anwendung und Verarbeitung zu optimieren. Heute finden sich in vielen Bereichen des täglichen Lebens zahlreiche Anwendungen, die ohne nichtrostende Stähle nicht realisiert werden könnten.
Anke Schmiedt-Kalenborn

Kapitel 3. Experimentelle Verfahren

Zusammenfassung
Für die mikrostrukturbasierte Charakterisierung des Verhaltens von Lötverbindungen des Austenits 1.4307 mit Nickel- und Goldbasislot vor und nach einer langzeitigen Kondensatkorrosion unter quasi-statischer Zug-, Ermüdungs- und Korrosionsbeanspruchung wurden diverse Messsysteme simultan während der mechanischen Versuche an drei verschiedenen Prüfsystemen eingesetzt. Die verwendete elektromechanische, servohydraulische und elektromagnetische Prüfmaschine sowie das mechanische, thermometrische, elektrische, magnetische, optische und elektrochemische Messsystem werden im Folgenden erläutert. Im Anschluss werden die Versuchsaufbauten, -durchführungen und -auswertungen beschrieben. In diesem Zusammenhang wird die chemische Zusammensetzung des Mediums K2.2, das für die Korrosionsermüdungsversuche genutzt wurde, angegeben.
Anke Schmiedt-Kalenborn

Kapitel 4. Werkstoffe

Zusammenfassung
Zur Herstellung der Nickel- und Goldlötverbindung wurde der metastabile austenitische, korrosionsbeständige CrNi-Stahl 1.4307 (X2CrNi18-9, AISI 304L) verwendet, der als Stabmaterial mit einem Durchmesser von 16 mm und einer Länge von 3 m von der Fa. Thyssenkrupp Schulte geliefert wurde. Das blanke, gezogene Stabmaterial mit der Toleranz h9 wurde von der Fa. Viraj Profiles in Indien produziert und entsprach den Anforderungen nach DIN EN 10277 [304] Klasse 3 und DIN EN 10088 [2]. Die mechanischen Eigenschaften gemäß Lieferzeugnis sind in Tabelle 4.1 dargestellt.
Anke Schmiedt-Kalenborn

Kapitel 5. Ergebnisse und Diskussion

Zusammenfassung
Eine Übersicht des gesamten Untersuchungsprogramms an den Proben der Nickel- und Goldlötverbindung vor und nach der Kondensatkorrosion ist in Tabelle 5.1 dargestellt. Dabei werden quasi-statische sowie zyklische ein- und mehrstufige Beanspruchungen, drei Prüffrequenzen und zwei Prüfmedien mit und ohne galvanostatischer anodischer Polarisation unterschieden. Ziel dieser Arbeit war die mikrostrukturbasierte Charakterisierung des Ermüdungsverhaltens der Lötverbindungen vor und nach der langzeitigen Kondensatkorrosion im Vergleich zum Korrosionsermüdungsverhalten im synthetischen Abgaskondensat K2.2. Über eine zusätzliche galvanostatische anodische Polarisation sollte die Korrosionsrate und damit die korrosive Schädigung erhöht werden, um langzeitige und kostenintensive Untersuchungen zukünftig durch effiziente Prüfmethoden zu ergänzen und ggf. ersetzen.
Anke Schmiedt-Kalenborn

Kapitel 6. Zusammenfassung und Ausblick

Zusammenfassung
In der vorliegenden Forschungsarbeit wurde das Ermüdungs- und Korrosionsermüdungsverhalten von Lötverbindungen des metastabilen Austenits X2CrNi18-9 (1.4307, AISI 304L) mit dem Nickelbasislot Ni 620 (BNi-2, Ni82,3-Cr7-Si4,5-B3,2-Fe3) und dem Goldbasislot Au 827 (BAu-4, Au82-Ni18) mikrostrukturbasiert charakterisiert. Ziel dabei war es, die Absenkung der Ermüdungsfestigkeit an Luft durch eine überlagerte korrosive Beanspruchung im Abgaskondensat K2.2 zu bestimmen und die zugrundeliegenden Schädigungsmechanismen mikrostrukturbasiert zu analysieren. Zusätzlich wurde ein Vergleich mit dem Ermüdungsverhalten und den Korrosionsmechanismen nach langzeitiger, vorausgegangener Kondensatkorrosion mit Eintauch-, Trocken- und thermischen Auslagerungsphasen nach VDA 230-214 [1] gezogen.
Anke Schmiedt-Kalenborn

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