Prediction of the residual strength of corroded high-strength aluminum alloys under uniaxial loading by numerical simulations
Final Report Abstract
Im Rahmen des Vorhabens wurde der Einfluss unterschiedlicher Korrosionsparameter auf die Größe, Anzahl und Form der Korrosionslöcher untersucht. Dabei zeigte sich, dass die Korrosionsintensität allgemein mit steigendem Chloridgehalt, steigender Temperatur und bei erhöhtem pH-Wert (10,5) zunimmt. Mit zunehmender Prüfdauer wurde in den meisten Fällen eine Sättigung oder sogar ein Maximum mit nachfolgendem Absinken der Korrosionstiefe und korrodierten Fläche festgestellt. Das Einbringen elektrochemisch edlerer Eisenionen durch Verwendung von FeCl2 anstelle von NaCl sowie das Aufbringen einer anodischen Stromdichte beschleunigten die Korrosion, jedoch bildeten sich unter diesen beschleunigenden Bedingungen Hinterschnitte aus. Diese Defekte sind für die profilometrische Vermessung schwer zugänglich und waren folglich ungeeignet für die Untersuchungen. Weiterhin wurde gezeigt, dass LSM und Streifenlichtprofilometrie gleichermaßen für die Vermessung von Korrosionslöchern ohne ausgeprägte Hinterschneidungen geeignet sind. Dies wurde mittels Zielpräparationen an Korrosionslöchern nachgewiesen. Trotz gleicher Korrosionsbedingungen entstanden Oberflächen mit zum Teil stark abweichenden Defektparametern. Deshalb wurden definierte Oberflächendefekte mittels Lasermaterialbearbeitung eingebracht. Mittels FEM-Simulationen wurde nachgewiesen, dass diese künstlich erzeugten Defekte ähnlich hohe Spannungskonzentrationen und vergleichbare Spannungsverteilungen aufweisen wie typische Korrosionslöcher. Defekte mit der idealisierten Form eines Kegelstumpfes eignen sich zwar zur Beschreibung des oberflächennahen Spannungszustandes, v. a. Spannungsspitzen im Inneren der Defekte werden jedoch nicht ausreichend berücksichtigt. Es ist gelungen, mittels FEM-Simulationen nachzuweisen, dass das Aspektverhältnis (Defektbreite in Querrichtung / Defektbreite in Walzrichtung) einzelner Defekte einen großen Einfluss auf die Spannungskonzentration an den Defekten besitzt. Nachfolgende Simulationen von Zugversuchen bei Vorhandensein dieser Defekte bestätigten, dass die Restfestigkeit bei gleicher Defekttiefe und gleichem Defektvolumen durch das Aspektverhältnis reduziert wird, wenn die Defekte eine große Ausdehnung quer zur Belastungsrichtung aufweisen. Die Vorhersagefähigkeit der Restfestigkeit ist auf Basis der durchgeführten numerischen Simulationen möglich. Diese grundlegenden Zusammenhänge wurden durch Zugversuche an korrodierten Proben bestätigt. Es zeigte sich, dass die Restfestigkeit zwar tendenziell mit steigendem DOP abnimmt, dieser Effekt aber durch den Einfluss des Aspektverhältnisses durchaus vollständig ausgeglichen werden kann. Künstlich durch Laserbearbeitung erzeugte Defekte führten in der Regel zu einer Reduzierung der Restfestigkeit von weniger als 5 %. In wenigen Fällen wurde eine Reduzierung von bis zu 15 % nachgewiesen. Durch diese Versuchsreihe konnte die numerisch vorhergesagte Abnahme der Restfestigkeit mit zunehmendem Aspektverhältnis experimentell bestätigt werden.
Publications
- (2018) Nondestructive analysis of pitting corrosion characteristics on EN AW-2024-T3 using 3D optical pattern profilometry. Corrosion Engineering, Science and Technology 53 (3) 194–198
Schmidl, E.; Pippig, R.; Morgenstern, R.; Lampke, T.; Scharf, I.
(See online at https://doi.org/10.1080/1478422X.2018.1427845) - Experimentelle und numerische Untersuchung des Festigkeitsverhaltens der korrodierten Aluminiumlegierung EN AW- 2024-T3 bei einachsiger Belastung. 18. Werkstofftechnisches Kolloquium 2016
Schmidl, E.; Pippig, R.; Lampke, T.
- Experimental investigation of the residual yield strength of aluminium alloy EN AW-2024 T3 affected by artificially produced pitting corrosion, IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering, Band 181 (2017), 012023
Pippig, R.; Schmidl, E.; Steinert, P.; Schubert, A.; Lampke, T.
(See online at https://doi.org/10.1088/1757-899X/181/1/012023) - Experimental investigation of the residual yield strength of aluminium alloy EN AW-2024 T3 affected by artificially produced pitting corrosion. 19. Werkstofftechnisches Kolloquium 2017
Pippig, R.; Schmidl, E.; Steinert, P.; Schubert, A.; Lampke, T.
(See online at https://doi.org/10.1088/1757-899X/181/1/012023)
