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Füge- und Korrosionsuntersuchungen an Stanznietverbindungen aus Chrom-Nickel-Stahl und oberflächenveredelten Feinblechen

Füge- und Korrosionsuntersuchungen an Stanznietverbindungen aus Chrom-Nickel-Stahl und oberflächenveredelten Feinblechen von Göllner,  Joachim, Hahn,  Ortwin, Hußmann,  Dominik, Regener,  Doris
Das mechanische Fügen zeichnet sich durch intensive Weiterentwicklungen aus und bereichert damit die blechverarbeitende Industrie. Mit dem Einsatz neuer Werkstoffe und Nietformen, neuer Schutzschichten, modifizierter Fertigungstechnologien, der erforderlichen Mischbauweise, Veränderungen der medialen Belastungen sowie der Gewährleistung von Langzeitgarantien wird eine Vielzahl von Fragen bezüglich des Korrosionsverhaltens der neuen Verbindungen aufgeworfen. Als eine Alternative für den Materialeinsatz im Karosseriebau kommen Chrom-Nickel-Stähle in Betracht, welche im Bereich crashrelevanter oder umformtechnisch anspruchsvoller Bauteile Verwendung finden können. In den meisten Fällen bedingt dies eine Verbindung mit verzinkten Feinblechen. Für die Umsetzung der Fügeauf-gabe sind Stanznietverfahren eine geeignete Lösung. Aber auch auf vielen anderen Gebieten finden Stanznietverbindungen von Chrom-Nickel-Stählen mit Stählen geringerer Korrosionsbeständigkeit Anwendung. Von Seiten der Korrosion sind Mischverbindungen sehr kompliziert. Hier kommt der Systemcharakter der Korrosion - das komplizierte Zusammenspiel von Werkstoffen, Medien und Design - besonders deutlich zum Ausdruck. Die Ergebnisse der Salzsprüh- und VDA-Wechseltests bieten die Möglichkeit, schnell die Schwachstellen in Überzügen und Beschichtungen aufzuzeigen, erlauben jedoch nicht das Korrosionsverhalten einer Nietverbindung unter praktischen Bedingungen einschätzen zu können, da hier die Korrosion nach einem anderen Mechanismus abläuft. Außerdem sind die Bedingungen zu "scharf", sodass kaum Differenzierungen möglich sind. Elektrochemische Messungen (Potential, Korrosionsstrom, elektrochemisches Rauschen) liefern differenzierte Aussagen und geben einen besseren Einblick in die Korrosionsprozesse. Sie zeigen eine gute Korrelation zu den Auslagerungsversuchen. Die wegen der Geometrie der Nietverbindungen bei hochlegierten Chrom-Nickel-Stählen zu befürchtende Spaltkorrosion konnte nicht bestätigt werden, da durch Werkstoffkombination (Nietüberzüge/Chrom-Nickel-Stahl) die kritischen Potentiale der Spaltkorrosion nicht erreicht werden. Dagegen konnte Bimetallkorrosion nachgewiesen werden, die durch die ungünstigen Flächenverhältnisse zwischen Niet (Anode) und Chrom-Nickel-Stahlblech (Kathode) bei Dauerbefeuchtung extreme Ausmaße annehmen kann. Bei der Verwendung von Nieten aus hochlegiertem Chrom-Nickel-Stahl besteht jedoch auch hier die Gefahr der Spaltkorrosion. Der Einsatz hochlegierter korrosionsbeständiger Stähle bedarf einer besonderen Herangehensweise, da diese Stähle nicht a priori korrosionsbeständig sind, sondern ihre Beständigkeit von einer Passivschicht herleiten, die Bedingungen für ihre stete Neubildung bedarf. Mit dem Forschungsprojekt wurden wichtige Impulse für die korrosionsschutzgerechte Gestaltung und Fertigung von Bauteilen sowie für den Einsatz von Mischverbindungen unter korrosiven Bedingungen gegeben. Die Resultate aus den Untersuchungen zum Einfluss der Fertigungsparameter und der Umgebungsbedingungen auf das Korrosionsverhalten dienen zur Optimierung des Korrosionsschutzes bei der Gestaltung und Herstellung von Stanznietverbindungen aus Chrom-Nickel-Stahlblechen mit veredelten Feinblechen.
Aktualisiert: 2019-10-09
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Qualitätssicherung und Früherkennung der Korrosionsneigung bei mechanisch gefügten Blechen

Qualitätssicherung und Früherkennung der Korrosionsneigung bei mechanisch gefügten Blechen von Burkert,  Andreas, Göllner,  Joachim, Heyn,  Andreas, Regener,  Doris
Die Korrosionsprüfung mechanischer Fügeverbindungen sowie die Einschätzung der Qualität einer Fügeverbindung unter Korrosionsgesichtspunkten kann in der bisherigen Praxis nicht befriedigen. Deshalb wurde mit diesem Projekt die Möglichkeit geschaffen, mittels neuartiger elektrochemischer Prüfmethoden die Korrosionsneigung einer mechanischen Fügeverbindung einzuschätzen. Zunächst wurde mit der Entwicklung einer Aufsatzmesszelle die Voraussetzung geschaffen, elektrochemische Untersuchungen an Fügeelementen sicher und reproduzierbar durchzuführen. Die Aufsatzmesszellentechnik bietet die Möglichkeit, sowohl an Standardproben zu messen als auch direkt am fertigen Bauteil. Mit der Durchführung von lokalen Potentialmessungen am Nietkopf und Randbereich konnte der Einfluss unterschiedlicher medialer Belastungen und Auslagerungsbedingungen bei Stanznietverbindungen aus AlMg-Blechen mit verzinkten Stahlnieten eingeschätzt und klassifiziert werden. Die Potentiallage gibt dabei Aufschluss, ob am Aluminium-Magnesium-Blech eine Gefährdung hinsichtlich Loch- und Spaltkorrosion wahrscheinlich ist. So zeigte sich vor allem, dass dauerfeuchte Bedingungen kritischer sind als verschiedene wechselfeuchte Konditionen oder Freibewitterung...
Aktualisiert: 2019-10-09
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Zerstörungsfreie Qualitätsprüfung von Clinchverbindungen von Aluminium- und Stahlwerkstoffen

Zerstörungsfreie Qualitätsprüfung von Clinchverbindungen von Aluminium- und Stahlwerkstoffen von Hahn,  Ortwin, Heimlich,  Frank, Michel,  Fritz, Regener,  Doris
Im Rahmen des Projektes wurden verschiedene Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung von Clinchpunkten entwickelt und auf ihre Anwendbarkeit hin untersucht. Ein wesentlicher Bestandteil der Untersuchungen war die Bestimmung der Bodendicke von Clinchpunkten („offline“, also nach erfolgtem Fügeprozess) bei einseitiger Zugänglichkeit. Zur Umsetzung dieses Ziels wurde zunächst die Ultraschalltechnologie herangezogen. Nachdem ein entsprechendes Ultraschall-Messsystem aufgebaut und an einfachen Blechen getestet wurde, sind Untersuchungen an Clinchproben durchgeführt worden. Dabei zeigte sich, dass ein Teil der angefertigten Clinchpunkte sehr dünne µ-Spalte im Bodenbereich zwischen den beiden Blechen aufweist, die anhand von Röntgenaufnahmen eindeutig nachgewiesen werden konnten. Da es für die Ultraschallwellen bei einer „offline“-Prüfung ohne größeren Anpressdruck nicht möglich ist diese µ-Spalte zu durchschallen, stellt das Verfahren keine prozesssichere Möglichkeit für eine Bodendickenmessung dar. Daher wurde der Schwerpunkt der Untersuchungen auf wirbelstrombasierende Technologien gelegt. Die Wirbelstromtechnologie arbeitet unabhängig von den genannten µ-Spalten und verlangt, im Gegensatz zur Ultraschallprüfung, keine besonderen Maßnahmen zur Ankopplung des Sensors an das Fügeteil. Die mit dem eigenständig aufgebauten Sensor ermittelten Ergebnisse lagen im Toleranzband bisher üblicher Verfahren (mechanische Messung, Schliffbilderstellung) und können durch entsprechend angepasste Auswertegeräte noch weiter optimiert werden. Bislang ist das Verfahren jedoch nur für Aluminiumwerkstoffe einsetzbar, so dass an dieser Stelle weiterer Forschungsbedarf in Bezug auf Stahlwerkstoffe gesehen wird. An der Anwendung sind insbesondere die beteiligten Klein- und mittelständischen Unternehmen (kmU) interessiert, wobei eine vom Projekt unabhängige Umsetzung der Ergebnisse geplant ist. Des Weiteren wurden Untersuchungen zur zerstörungsfreien Detektion von Rissen durchgeführt. Auch hier kam die Wirbelstromtechnologie zum Einsatz. Mittels einer ebenfalls eigenständig aufgebauten Rotiersonde konnten Risse und deren Position ermittelt werden. Dabei ist es gelungen auch Risse, die optisch mittels einer Sichtprüfung noch nicht wahrnehmbar waren, zu detektieren. Das Verfahren ist sowohl für Aluminium- als auch für Stahlwerkstoffe anwendbar. Die erzielten Ergebnisse können zur Fertigung weiterer Sensoren genutzt werden, wobei auch an dieser Stelle ein kmU an der Umsetzung der erzielten Ergebnisse interessiert ist.
Aktualisiert: 2019-10-09
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