EP1151273A1 - Verfahren zur ermittlung der dauerfestigkeit einer korrosionsanfälligen verbindung - Google Patents

Verfahren zur ermittlung der dauerfestigkeit einer korrosionsanfälligen verbindung

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EP1151273A1
EP1151273A1 EP00901602A EP00901602A EP1151273A1 EP 1151273 A1 EP1151273 A1 EP 1151273A1 EP 00901602 A EP00901602 A EP 00901602A EP 00901602 A EP00901602 A EP 00901602A EP 1151273 A1 EP1151273 A1 EP 1151273A1
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EP
European Patent Office
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corrosion
fatigue strength
connection
load
stress
Prior art date
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EP00901602A
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English (en)
French (fr)
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Hartmut Carstensen
Reinhard Knödler
Rainer Franke
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Alstom Transportation Germany GmbH
Original Assignee
DaimlerChrysler Rail Systems GmbH
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Publication date
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Application filed by DaimlerChrysler Rail Systems GmbH filed Critical DaimlerChrysler Rail Systems GmbH
Publication of EP1151273A1 publication Critical patent/EP1151273A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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    • G—PHYSICS
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    • G01N2203/0058—Kind of property studied
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    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
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    • G01N2203/0244—Tests performed "in situ" or after "in situ" use
    • G01N2203/0246—Special simulation of "in situ" conditions, scale models or dummies

Definitions

  • the invention relates to a method according to the preamble of claim 1.
  • connections For the construction of multi-part machines, vehicles and the like, it is necessary to determine the operational stability of the connections holding the individual parts together under the loads occurring during the intended use, in order to rule out early failure.
  • the connections should therefore consist of such a material and / or be dimensioned such that they have a service life of, for example, at least 30 years under operational conditions.
  • the fatigue strength of connections can be determined using Wöhler curves. In this test, the connection is subjected to a certain repeated mechanical load and the number of load cycles until the connection is destroyed is determined empirically. The Wöhler curve then indicates the number of load cycles until destruction m depending on the size of the repeated load. The smaller the load, the less the dependence of the load duration on it. Steel materials that have withstood about 2xl0 ⁇ load cycles will not be destroyed even after further cycles if the load remains the same, so that fatigue strength can be assumed. With aluminum materials, the fatigue strength begins after about 10 7 load cycles. The fatigue strength of a connection or the maximum load on a connection without being destroyed even after a long time can be determined in a relatively short time for non-corroded materials.
  • DE 89 02 058 UI discloses a method for determining the fatigue strength (tensile-compressive fatigue strength) of metallic materials which are subjected to predetermined repeated mechanical loads in a certain corrosive environment.
  • DE-OS 16 73 274 describes a method for determining the fatigue strength of thick-walled semi-finished products which are exposed to mechanical stress (tensile stress) in a certain corrosive environment.
  • connection By first carrying out stress-free pre-corrosion of the connection in an environment corresponding to the particular corrosive environment, after a period of time after which the duration of the pre-corrosion Corrosion has practically no longer any influence on the course of a subsequently recorded Wöhler curve, and that the pre-corroded connection is then also subjected to a predetermined repeated mechanical load in an environment corresponding to the particular corrosive environment in order to record a Wöhler curve until the fatigue strength is reached is, before the actual stress test is carried out, the connection is already brought into such a corrosion state that additional corrosion does not result in any further deterioration in the strength of the connection, ie before the stress test begins, the most unfavorable corrosion state for the strength has already been reached .
  • this state can be obtained after a relatively short time. Furthermore, by selecting a corrosive environment for the pre-corrosion which corresponds to the corrosive environment to which the connection is exposed during its intended use, a corrosion corresponding to the corrosion in actual operation can be simulated, so that more reliable values are obtained . In the subsequent stress test. receive the Wöhler curves corresponding to the Wöhler curves for uncorroded connections, so that extrapolation to fatigue strength is possible without difficulty.
  • Pre-corrosion is preferably carried out at a temperature which is higher than room temperature. This results in an acceleration of the corrosion or a reduction in the pre-corrosion time; for example, at a temperature of 60 ° C the pre-corrosion time to about - compared to the
  • FIG. 2 shows a schematic section through a railroad car, for which several different corrosion zones are defined
  • Zone I and II are inside and zones III and IV outside the wagon.
  • Zone I covers the interior of the wagon with the exception of the floor area.
  • the corrosion media are the air humidity and the condensate formed from it;
  • Zone II comprises the floor area of the interior, in which the corrosion media are also moisture and their condensate, as well as the floor cleaning agent used.
  • Zone III is outside the wagon in the roof and subframe area, while Zone IV is on the outside of the wagon sides and the floor area. Zones III and IV are subject to much greater corrosion than zones I and
  • the cleaning agents can be acidic or alkaline.
  • the investigated compounds were only temporarily exposed to the cleaning agents in order to better simulate the actual conditions.
  • FIG. 3 shows the results for workpieces to be joined and rivets connecting them made of AlMgSi0.7 F26 (Al with 0.6% Si; 0.18% Fe; 0.13% Cu; 0.68% Mg; im Hereinafter referred to as "aluminum compound").
  • the stress tests were carried out under the influence of a corrosive medium, namely water, acid cleaner, alkaline cleaner and 3% NaCl solution, which is usually used as the standard medium for corrosion tests.
  • the tests were carried out at 60 ° C., the corrosive medium being circulated and sprayed onto the test pieces or the test pieces being immersed therein.
  • the number of load cycles was 10 7 , these acting on the test pieces at a frequency of 30 to 40 Hz.
  • the load ratio was set to 0.5, ie the upper load point was, for example, 20 kN, the lower load point was 10 kN with an amplitude of 5 kN.
  • Fig. 3 shows the straight lines averaged from seven measuring points.
  • the figures 4 and 5 show the influence of the pre-corrosion period on the fatigue strength of an aluminum compound.
  • the pre-corrosion took place in moist (90%) air with condensation at 60 ° C. and the load duration was 10 7 cycles.
  • the results shown in FIG. 5 are based on pre-corrosion in an SO2-containing atmosphere at 90% atmospheric humidity at 60 ° C. and under the influence of acidic and alkaline cleaners and a load duration of 10 7 cycles.
  • the respective measuring points represent the maximum strength after the respective load duration for a specified pre-corrosion duration.
  • the pre-corrosion for the tests according to FIG. 4 was carried out under the conditions described above, the action of the moist air (90% moisture) taking place at 60.degree.
  • the temperature was alternately kept at 60 ° C and 50 ° C for two hours in order to detect the influence of a condensation of the air humidity.
  • the figures 6, 7 and 8 finally illustrate Wöhler curves for aluminum connections for different ones corrosive media and different pre-corrosion periods.
  • 6 relates to pre-corrosion in an interior atmosphere at 60 ° C. at 90% humidity with formation of condensate and a load test in water at 60 ° C.
  • FIG. 7 to pre-corrosion under the influence of an SC-containing atmosphere at 60 ° C. at 90% humidity and sprayed on alkaline and acidic cleaners at 60 ° C and a load test in liquid alkaline cleaner at 25 ° C
  • Fig. 8 finally on pre-corrosion under the influence of a sprayed 3% NaCl solution at 60 ° C and a load value in 3% NaCl solution at 25 ° C.
  • the corrosion conditions in FIG. 6 correspond approximately to those in zone I according to FIG. 2 and those in FIG. 7 to those in zones III and IV.
  • the curves in each figure were for non-pre-corroded and for a pre-corrosion period of 100 hours, 300 hours
  • FIG. 7 shows that the fatigue strength values are significantly lower than in FIG. 6.
  • the Wöhler curve for a pre-corrosion time of 100 hours is even lower than for 300 hours and even 1000 hours. However, this is again due to the scatter of the measured values.
  • a pre-corrosion time of 100 hours at 60 ° C is sufficient to determine the fatigue strength of an aluminum compound.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Ermitteln der Dauerfestigkeit einer korrosionsanfälligen Verbindung zwischen mindestens zwei Konstruktionsteillen, welche während ihrer bestimmumgsgemässen Verwendung einer bestimmten korrodierenden Umgebung sowei einer vorgegebenen wiederholten mechanischen Belastung ausgesetzt ist, beschrieben. Die Ermittlung erfolgt unter Verwendung von die Grösse der wiederholten Belastung in Abhängigkeit von der Anzahl der Lastwiederholungen bis zur Zerstörung der Verbindung darstellenden Diagrammen (Wöhler-Kurven). Hierzu wird zunächst eine belastungsfreie Vorkorrosion der Verbindung in einer der bestimmten korrodierende Umgebung entsprechenden Umgebung während einer Zeit durchgeführt, nach der die Dauer der Vorkorrosion praktisch keinen Einfluss mehr auf den Verlauf einer nachfolgend aufgenommenen Wöhler-Kurve hat. Anschliessend wird die vorkorrodierte Verbindung ebenfalls in einer der bestimmten korrodierenden Umgebung entsprechenden Umgebung einer vorgegebenen wiederholten mechanischen Belastung zur Aufnahme einer Wöhler-Kurve bis zum Erreichen der Dauerfestigkeit unterzogen. Die Vorkorrosion wird vorzugsweise bei einer gegenüber der Raumtemperatur erhöhten Temperatur durchgeführt, wodurch die Dauer der Vorkorrosion erheblich verkürzt werden kann.

Description

Verfahren zur Ermittlung der Dauerfestigkeit einer korrosionsanfälligen Verbindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Für die Konstruktion von mehrteiligen Maschinen, Fahrzeugen und dergleichen ist es erforderlich, die Betriebstestigkeit von die einzelnen Teile zusammenhaltenden Verbindungen unter den bei der bestimmungs- gemäßen Verwendung auftretenden Belastungen zu ermitteln, um ein frühzeitiges Versagen auszuschließen. Die Verbindungen sollten daher aus einem solchen Werkstoff bestehen und/oder so dimensioniert sein, daß sie unter betriebsmäßigen Bedingungen eine Lebensdauer von beispielsweise mindestens 30 Jahren haben.
Die Dauerfestigkeit von Verbindungen kann anhand von Wöhler-Kurven ermittelt werden. Bei dieser Prüfung wird die Verbindung einer bestimmten wiederholten mechanischen Belastung unterzogen und es wird empirisch die Zahl der Belastungszyklen bis zur Zerstörung der Verbindung festgestellt. Die Wöhler-Kurve gibt dann die jeweilige Anzahl der Belastungszyklen bis zur Zerstörung m Abhängigkeit von der Größe der wiederholten Belastung an. Je kleiner die Belastung ist, desto geringer wird die Abhängigkeit der Belastungs- dauer von dieser. Stahlwerkstoffe, die etwa 2xl0δ Belastungszyklen widerstanden haben, werden bei gleichbleibender Belastung auch nach weiteren Zyklen nicht zerstört, so daß Dauerfestigkeit angenommen werden kann. Bei Aluminiumwerkstoffen beginnt die Dauerfe- stigkeit nach etwa 107 Belastungszyklen. Die Dauerfestigkeit einer Verbindung bzw. die maximale Belastung einer Verbindung, ohne daß diese auch nach langer Zeit zerstört wird, läßt sich für nicht- korrodierte Materialien auf diese Weise in relativ kurzer Zeit feststellen. Schwierigkeiten treten dagegen auf, wenn die Dauerfestigkeit von korrosionsanfälligen Verbindungen, die während ihrer bestimmungsgemäßen Verwendung einer bestimmten korrodierenden Umgebung ausgesetzt werden, ermittelt werden soll. Die Korrosion kann die Dauerfestigkeit in erheblichem Maße beeinflussen. Zur Erfassung der Wirkung der Korrosion auf die Haltbarkeit einer Verbindung wurden bisher nur bestimmte korrodierende Umgebungen verwendet, wobei insbesondere der Salzsprühnebeltest durch- geführt wird, bei dem eine 3%ige NaCl-Lösung in Luft versprüht wird, während die Verbindung der wiederholten mechanischen Belastung ausgesetzt wird.
Diese Untersuchungen haben jedoch den Mangel, daß sie eine Extrapolation der ermittelten Werte auf einen
Zeitraum von beispielsweise 30 Jahren nicht zulassen, d.h. daß eine Bestimmung der Dauerfestigkeit in einer zumutbaren Zeitspanne nicht möglich ist. Außerdem finden sie in standardisierten korrodierenden Umge- bungen statt, die den tatsächlichen Umgebungen häufig in keiner Weise gerecht werden, so daß die ermittelten Ergebnisse unbrauchbar sind.
Aus der DE 89 02 058 UI ist ein Verfahren zum Ermit- teln der Dauerfestigkeit (Zug-Druck-Schwingfestigkeit) metallischer Werkstoffe, welche in einer bestimmten korrodierenden Umgebung vorgegebenen wiederholten mechanischen Belastungen ausgesetzt sind, ersichtlich. Außerdem ist in der Druckschrift DE-OS 16 73 274 ein Verfahren zum Bestimmen der Dauerfestigkeit dickwandiger Halbzeuge, welche in einer bestimmten korrodierenden Umgebung einer mechanischen Belastung (Zug- Spannung) ausgesetzt werden, beschrieben.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Ermitteln der Dauerfestigkeit einer korrosionsanfälligen Verbindung zwischen mindestens zwei Konstruktionsteilen, welche während ihrer bestimmungsgemäßen Verwendung einer bestimmten korrodierenden Umgebung sowie einer vorgegebenen wiederholten mechanischen Belastung ausgesetzt ist, unter Verwendung von die Größe der wiederholten Belastung in Abhängigkeit von der Anzahl der Lastwiederholungen bis zur Zerstörung der Verbindung darstellenden Diagrammen (Wöhler-Kurven) , in der Weise zu verbessern, daß die tatsächlichen Korrosionsbedingungen stärker berücksichtigt werden und auch eine Extrapolation der gemessenen Werte möglich ist, so daß innerhalb relativ kurzer Zeit herausgefunden werden kann, ob eine bestimmte Verbindung einer bestimmten Belastung in einer bestimmten korrodierenden Umgebung über einen Zeitraum von beispielsweise 30 Jahren standhält oder nicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfin- dungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Dadurch, daß zunächst eine belastungsfreie Vorkorrosion der Verbindung in einer der bestimmten korrodie- renden Umgebung entsprechenden Umgebung während einer Zeit durchgeführt wird, nach der die Dauer der Vor- korrosion praktisch keinen Einfluß mehr auf den Verlauf einer nachfolgend aufgenommen Wöhler-Kurve hat, und daß anschließend die vorkorrodierte Verbindung ebenfalls in einer der bestimmten korrodierenden Um- gebung entsprechenden Umgebung einer vorgegebenen wiederholten mechanischen Belastung zur Aufnahme einer Wöhler-Kurve bis zum Erreichen der Dauerfestigkeit unterzogen wird, wird, bevor der eigentliche Belastungstest erfolgt, die Verbindung bereits in einen derartigen Korrosionszustand gebracht, daß eine zusätzliche Korrosion keine weitere Verschlechterung der Festigkeit der Verbindung mehr mit sich bringt, d.h. bevor der Belastungstest beginnt, ist bereits der für die Festigkeit ungünstigste Korrosionszustand erreicht. Es hat sich überraschend gezeigt, daß dieser Zustand nach relativ kurzer Zeit erhalten werden kann. Weiterhin kann dadurch, daß für die Vorkorrosion eine korrodierende Umgebung gewählt wird, die der korrodierenden Umgebung, welcher die Verbindung wäh- rend ihrer bestimmungsgemäßen Verwendung ausgesetzt ist, entspricht, eine der Korrosion im tatsächlichen Betrieb entsprechenden Korrosion simuliert werden, so daß zuverlässigere Werte erhalten werden. Bei dem nachfolgenden Belastungstest werden. den Wöhler-Kurven bei nichtkorrodierten Verbindungen entsprechende Wöhler-Kurven erhalten, so daß eine Extrapolation auf eine Dauerfestigkeit ohne Schwierigkeiten möglich ist .
Vorzugsweise wird die Vorkorrosion bei einer gegenüber der Raumtemperatur erhöhten Temperatur durchgeführt . Hierdurch wird eine Beschleunigung der Korrosion bzw. eine Verkürzung der Vorkorrosionszeit erzielt; beispielsweise kann bei einer Temperatur von 60 °C die Vorkorrosionszeit auf etwa — geqenüber der
10 bei Raumtemperatur verkürzt werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Probestück, an welchem die Untersuchungen durchgeführt wurden,
Fig. 2 einen schematischen Schnitt durch einen Eisenbahnwaggon, für den mehrere unterschiedliche Korrosionszonen definiert sind,
Fig. 3 ein Diagramm mit Wöhler-Kurven für unter- schiedliche Korrosionsmedien während des Belastungstests ,
Fig. 4 und 5 Diagramme, welche die Abhängigkeit der Dauerfestigkeitsbelastungen von der Vorkorrosionszeit für verschiedene
Vorkorrosionsmedien illustrieren, und
Fig. 6, 7 und 8 Diagramme, welche Wöhler-Kurven von
Proben mit unterschiedlich langer Vorkorrosionszeit und unterschiedlichen Korrosionsmedien illustrieren.
Das Probestück nach Fig. 1 besteht aus zwei U-Stücken 1 und 2, die in ihrem Mittelsteg jeweils eine Bohrung 3 aufweisen. Durch Aneinanderlegen der Mittelstege können die Bohrungen 3 miteinander zur Deckung gebracht werden, so daß beispielsweise ein Niet oder eine Schraube durch sie hindurchgeführt werden und die beiden U-Stücke 1 und 2 miteinander verbinden kann. Für die nachfolgend beschriebenen Untersuchungen wurden jeweils Niete als Verbindungen verwendet. Bohrungen 4 in den Schenkeln der beiden U-Stücke 1 und 2 dienen als Angriffspunkt für die auf die Verbindung auszuübenden wiederholten Kräfte. Die Bean- spruchung besteht in einer Scherkraft.
Es wurde die Festigkeit von Verbindungen, die in einem Eisenbahnwaggon einzusetzen sind geprüft. Um die tatsächlichen Korrosionsverhältnisse nachzubilden, wurden 4 Korrosionszonen definiert, welche im Betrieb unterschiedlichen Korrosionsmedien ausgesetzt sind. Wie Fig. 2 zeigt, befinden sich die Zonen I und II innerhalb und die Zonen III und IV außerhalb des Waggons . Die Zone I umfaßt den Innenraum des Waggons mit Ausnahme des Bodenbereichs. Hier sind die Korrosionsmedien die Luftfeuchtigkeit und das daraus gebildete Kondensat; die Zone II umfaßt den Bodenbereich des Innenraums, in welchem die Korrosionsmedien ebenfalls Feuchtigkeit und deren Kondensat sowie zusätzlich das verwendete Bodenreinigungsmittel sind. Die Zone III befindet sich außerhalb des Waggons in dessen Dach- und Unterrahmenbereich, während die Zone IV auf der Außenseite der Waggonseiten und des Bodenbereichs liegt. Die Zonen III und IV sind einer wesentlich stärkeren Korrosion unterworfen als die Zonen I und
II, da sie zusätzlich Schadstoffen in der Luft (SO2, NOx, Salzen wie NaCl , saurem Regen, Bremsstaub und dergleichen) ausgesetzt sind und auch mit schärferen Reinigungsmitteln behandelt werden. Dabei ist die me- chanische Bearbeitung bei der Reinigung in der Zone
IV intensiver als in der Zone III. Die Reinigungsmit- tel können sauer oder alkalisch sein. Dabei wurden die untersuchten Verbindungen den Reinigungsmitteln im Gegensatz zu den anderen korrodierenden Medien nur zeitweise ausgesetzt, um die tatsächlichen Verhält- nisse besser nachzubilden.
Es wurden zunächst Belastungstests bei Verbindungen aus verschiedenen Materialien ohne Vorkorrosion durchgeführt. Fig. 3 zeigt die Ergebnisse für zu ver- bindende Werkstücke und diese verbindende Nieten jeweils aus AlMgSi0.7 F26 (AI mit 0,6% Si; 0,18% Fe; 0,13% Cu; 0,68% Mg; im Folgenden als "Aluminiumverbindung" bezeichnet) .
Die Belastungstests erfolgten unter der Einwirkung jeweils eines korrodierenden Mediums, nämlich Wasser, saurem Reiniger, alkalischem Reiniger und 3%iger NaCl -Lösung, die üblicherweise als Standardmedium für Korrosionstests verwendet wird. Die Versuche wurden bei 60 °C vorgenommen, wobei das korrodierende Medium in einem Kreislauf geführt und auf die Teststücke gesprüht oder die Teststücke in dieses eingetaucht wurden.
Die Anzahl der Belastungszyklen betrug 107, wobei diese mit einer Frequenz von 30 bis 40 Hz auf die Teststücke einwirkten. Das Belastungsverhältnis wurde auf 0,5 eingestellt, d.h. der obere Belastungspunkt lag beispielsweise bei 20 kN, der untere Belastungs- punkt bei 10 kN bei einer Amplitude von 5 kN.
Die erhaltenen Ergebnisse zeigen, daß die Streuung der Werte für Luft und Wasser sehr gering und für die anderen korrodierenden Medien aufgrund des inhomoge- nen Korrosionsangriffs deutlich größer ist. Fig. 3 zeigt die aus jeweils sieben Meßpunkten gemittelten Geraden.
Der Vergleich der Geraden in Fig. 3 ergibt, daß die NaCl -Lösung und der alkalische Reiniger die Festigkeit der Verbindung am stärksten beeinträchtigen. Hinsichtlich der zu erwartenden Lebensdauer ergibt sich ein Unterschied von einer Größenordnung zwischen einer nur Wasser ausgesetzten Verbindung und einer einem alkalischen Reiniger oder einer NaCl-Lösung ausgesetzten Verbindung.
Die Fign. 4 und 5 zeigen den Einfluß der Vorkorrosionsdauer auf die Dauerfestigkeit einer Aluminiumver- bindung. Bei den in Fig. 4 dargestellten Ergebnissen erfolgte die Vorkorrosion in feuchter (90%) Luft mit Kondensatbildung bei 60 °C und die Belastungsdauer betrug 107 Zyklen. Die aus Fig. 5 ersichtlichen Ergebnisse beruhen auf einer Vorkorrosion in einer SO2- haltigen Atmosphäre bei 90% Luftfeuchte bei 60 °C sowie unter dem Einfluß von sauren und alkalischen Reinigern und einer Belastungsdauer von 107 Zyklen. Die jeweiligen Meßpunkte stellen die maximale Festigkeit nach der jeweiligen Belastungsdauer für eine vorgege- bene Vorkorrosionsdauer dar.
Die Vorkorrosion für die Versuche gemäß Fig. 4 wurde unter den vorstehend geschilderten Bedingungen durchgeführt, wobei die Einwirkung der feuchten Luft (90% Feuchtigkeit) bei 60°C erfolgt. Dabei wurde die Temperatur abwechselnd für jeweils zwei Stunden auf 60°C und 50°C gehalten, um auch den Einfluß einer Kondensation der Luftfeuchtigkeit zu erfassen.
Wenn die für 60°C erhaltenen Werte auf eine den tatsächlichen Verhältnissen eher entsprechende Tempera- tur von 25°C extrapoliert werden, erhält man eine ca. lOfache Vorkorrosionsdauer. Dies ergibt sich aus dem Arrhenius ' sehen Gesetz, wonach sich die Korrosionsgeschwindigkeit bei jeweils einer Temperaturzunahme von 10°C um den Faktor 2 erhöht. Eine Korrosionsdauer von beispielsweise 100 Stunden bei 60°C entspricht somit einer Korrosionsdauer von 1000 Stunden bei 25°C.
Die dargestellten Ergebnisse zeigen, daß die Dauerfe- stigkeit mit zunehmender Vorkorrosionsdauer nicht stetig abfällt, sondern daß überraschenderweise von einer bestimmten Vorkorrosionsdauer an die Dauerfestigkeit zumindest annähernd konstant bleibt. Daß der Dauerfestigkeitswert in Fig. 4 für 1000 Stunden etwas höher liegt als für 300 Stunden und in Fig. 5 für
1000 Stunden und 300 Stunden höher liegt als für 100 Stunden, beruht jedoch nicht darauf, daß die Dauerfestigkeit tatsächlich wieder zunimmt, sondern auf der relativ großen Streuung der Meßwerte.
Es ist jedoch eindeutig erkennbar, daß bei einer Vorkorrosion in feuchter Luft oberhalb einer Dauer von 300 Stunden kein merkbares Absinken der Dauerfestigkeit mehr erfolgt und bei einer Vorkorrosion in einer SO∑-haltigen Atmosphäre bei 90% Feuchte mit Kondensatbildung sowie unter Einfluß von sauren und alkalischen Reinigern dieser Effekt schon nach 100 Stunden eintritt. Es ist somit möglich, schon nach relativ kurzer Zeit die Wirkung der Korrosion auf die Dauer- festigkeit einer Verbindung für deren vorgesehene Lebensdauer, z.B. 30 Jahre zu ermitteln. Hierbei kann, wie dargestellt, die Versuchsdauer durch eine Erhöhung der Temperatur erheblich verkürzt werden.
Die Fign. 6, 7 und 8 schließlich illustrieren Wöhler- Kurven für Aluminiumverbindungen für unterschiedliche korrodierende Medien und unterschiedliche Vorkorrosionsdauern. Fig. 6 bezieht sich auf eine Vorkorrosion in einer Innenraum-Atmosphäre bei 60 °C bei 90% Feuchte mit Kondensatbildung und einen Belastungstest in Wasser bei 60°C, Fig. 7 auf eine Vorkorrosion unter Einfluß einer SCh-haltigen Atmosphäre bei 60°C bei 90% Feuchte und von aufgesprühten alkalischen und sauren Reinigern bei 60 °C und einem Belastungstest in flüssigem alkalischem Reiniger bei 25°C, und Fig. 8 schließlich auf eine Vorkorrosion unter Einfluß einer aufgesprühten 3%igen NaCl-Lösung bei 60°C und einem Belastungswert in 3%iger NaCl-Lösung bei 25°C. Die Korrosionsbedingungen in Fig. 6 entsprechen etwa denjenigen in Zone I gemäß Fig. 2 und diejenigen in Fig. 7 denjenigen in den Zonen III und IV. Die Kurven in jeweils einer Figur wurden für nicht vorkorrodierte und für einer Vorkorrosionsdauer von 100 Stunden, 300 Stunden sowie 1000 Stunden unterzogene Verbindungen erhalten.
Aus Fig. 6 ist ersichtlich, daß mit zunehmender Dauer der Vorkorrosionszeit die Dauertestigkeit abnimmt, daß diese Tendenz jedoch nur bis etwa 300 Stunden anhält und die Dauerfestigkeit dann von der Vorkorrosi- onszeit weitgehend unabhängig ist. Die bei längeren Vorkorrosionszeiten festzustellende relativ starke Streuung ergibt sich vermutlich durch lokale Angriffe, die bei den einzelnen Teststücken unterschiedlich sein können.
Zur Ermittlung der Dauerfestigkeit einer Aluminiumverbindung reicht es bei den geschilderten Korrosionsbedingungen somit aus, die Vorkorrosionszeit auf 300 Stunden zu beschränken. Fig. 7 zeigt, daß die Dauerfestigkeitswerte deutlich niedriger liegen als bei der Fig. 6. Auch hier ist jedoch offensichtlich und noch deutlicher erkennbar, daß nur eine kurze Vorkorrosionsdauer erforderlich ist, um die Dauerfestigkeit einer Verbindung unter den angegebenen Korrosionsbedingungen zu bestimmen. Hier liegt die Wöhler-Kurve für eine Vorkorrosions- zeit von 100 Stunden sogar niedriger als für 300 Stunden und selbst 1000 Stunden. Dies ist jedoch wie- der auf die Streuung der Meßwerte zurückzuführen.
Grundsätzlich läßt sich feststellen, daß hier sogar eine Vorkorrosionszeit von 100 Stunden bei 60°C ausreicht, um die Dauerfestigkeit einer Aluminiumverbindung zu ermitteln.
Ähnliche Werte zeigt auch die Fig. 8, wo anstelle eines alkalischen Reinigers eine 3%ige NaCl-Lösung als Korrosionsmedium verwendet wird, in welche das Teststück während des Belastungstests eingetaucht wird. Auch hier decken sich die Wöhler-Kurven für die Vorkorrosionszeiten von 100 Stunden, 300 Stunden und 1000 Stunden weitgehend, so daß die Vorkorrosion ebenfalls nach 100 Stunden abgebrochen werden kann, da eine längere Dauer keine weitergehenden Erkennt- nisse über die Dauerfestigkeit bringt.
Es wurden auch Versuche mit Verbindungen aus rostfreiem Stahl durchgeführt, die in der Tendenz die gleichen Ergebnisse zeigten. Da jedoch der Einfluß der Korrosion bei Aluminiumverbindungen deutlich stärker als bei Stahlverbindungen ist, erfolgte die Beschreibung der Ausführungsbeispiele zur Erläuterung der Erfindung auf der Grundlage von Aluminiumverbindungen . Das vorbeschriebene Verfahren ermöglicht es, den Einfluß einer Korrosion auf die Festigkeit einer Verbindung innerhalb relativ kurzer Zeit so zu bestimmen, daß eine Extrapolation auf eine Dauerfestigkeit, d.h. auf 30 Jahre und darüber möglich ist. Durch Verwendung von korrodierenden Medien, die den im tatsächlichen Betrieb auf die Verbindung einwirkenden Medien weitgehend entsprechen, kann die Genauigkeit der Bestimmung noch erhöht werden. Das Verfahren ist daher eine wertvolle Hilfe für die Konstruktion von Verbindungen, die eine vorgegebene Lebensdauer erreichen sollen, wenn bekannt ist, welchen mechanischen Belastungen und welcher korrodierenden Umgebung sie während ihrer späteren Verwendung ausgesetzt sind.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Ermitteln der Dauerfestigkeit ei- ner korrosionsanfälligen Verbindung zwischen mindestens zwei Konstruktionsteilen, welche während ihrer bestimmungsgemäßen Verwendung einer bestimmten korrodierenden Umgebung sowie einer vorgegebenen wiederholten mechanischen Belastung ausgesetzt ist, unter Verwendung von die Größe der wiederholten Belastung in Abhängigkeit von der Anzahl der Lastwiederholungen bis zur Zerstörung der Verbindung darstellenden Diagrammen (Wöhler-Kurven) , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zunächst eine belastungsfreie Vorkorrosion der Verbindung in einer der bestimmten korrodierenden Umgebung entsprechenden Umgebung während einer Zeit durchgeführt wird, nach der die Dauer der Vorkorrosion praktisch keinen Einfluß mehr auf den Verlauf einer nachfolgend aufgenommen Wöhler-Kurve hat, und daß anschließend die vorkorrodierte Verbindung ebenfalls in einer der bestimmten korrodierenden Umgebung entsprechen- den Umgebung einer vorgegebenen wiederholten mechanischen Belastung zur Aufnahme einer Wöhler- Kurve bis zum Erreichen der Dauerfestigkeit unterzogen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- net, daß die Vorkorrosion bei einer gegenüber der Raumtemperatur erhöhten Temperatur durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, daß die Vorkorrosion bei 60 °C durchgeführt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in einem Eisenbahnwaggon einzusetzenden Verbindungen auf Dauerfestigkeit geprüft werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die korrodierende Umgebung des Eisenbahnwaggons in mehrere Zonen mit unterschiedlicher Korrosionsbelastung unterteilt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich- net, daß die Zonen in Abhängigkeit von der Innen- oder Außenatmosphäre sowie von den jeweils verwendeten Reinigungsmitteln bestimmt werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Durchführung der Vorkorrosion ein flüssiges korrodierendes Medium auf die Verbindung gesprüht wird und daß bei der Durchführung des Belastungstests die Verbindung in das korrodierende Medium eingetaucht wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da- durch gekennzeichnet, daß, wenn Luft als korrodierende Umgebung gewählt wird, diese bei einer bestimmten Feuchtigkeit gehalten und ihre Temperatur so eingestellt wird, daß Zeitintervalle ohne Kondensatbildung und mit Kondensatbildung einander abwechseln.
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