Schweißeignung von NE-Metalllegierungen

Magnesium

Beim Umgang mit Magnesiumlegierungen muss man stets das Korrosionspotential kennen. Dies gilt insbesondere für Schweißteile aufgrund der galvanischen Effekte, die im Zusammenhang mit unterschiedlichen Gefügen und Zusammensetzungen auftreten. In der BAM wurde die Schweißeignung von Blechen aus Aluminiumknetlegierung AZ31 hinsichtlich der Korrosion und der Korrosionsermüdung der Schweißverbindungen untersucht. Im Mittelpunkt des Interesses stand die Frage, wie unterschiedliche Aluminiumgehalte im Schweißgut die Korrosion beeinflussen. Es ist bekannt, dass Aluminium die Festigkeit und den Korrosionswiderstand in Magnesiumgusslegierungen verbessert und überdies eine Kornverfeinung bewirkt. Als Teilchen der zweiten Phase wurden β-Al₈Mg₅ in der WEZ sowie β, Mg₂Si und τ-Mg₃₂ (Al, Zn)₄₉ im Schweißgut identifiziert [5, 6]. Mittels Kelvin-Mikrosondenanalyse wurde nachgewiesen, dass diese Teilchen gegenüber der Magnesium-Matrix kathodisch sind, so dass rund um die Teilchen eine örtliche Kontaktkorrosion entsteht.

AZ31-Schweißgutgefüge mit eutektischer β-Zweitphase, die sich mit dem Aluminiumgehalt vergrößert (Großbild)

Potentiostatische Messungen des Korrosionspotentials für unterschiedliche Bereiche der Schweißverbindung (Grundwerkstoff, Wärmeeinflusszone und Schweißgut) waren für eine Vorhersage des galvanischen Verhaltens der Verbindung nicht beweiskräftig (d. h. es ergaben sich nichtwiederholbare Werte aufgrund unterschiedlicher Oberflächenbeschaffenheit). Daher wurde eine andere Vorgehensweise gewählt. Schweißeintauchversuche in Salzwasser zeigten, das der Lochfraß in der Wärmeeinflusszone beginnt und in das Schweißgut eindringt, sich aber dann im Grundwerkstoff konzentriert. Dies wird auf die Bildung eines schützenden Passivfilms am Schweißgut zurückgeführt. Schweißgut mit höherem Aluminiumgehalt zeigte einen besseren Korrosionswiderstand. Galvanische Zellen wurden zwischen AZ31-Grundwerkstoffblech und unterschiedlichen Druckgusslegierungen eingebaut, um Schweißgut mit variierendem Aluminiumgehalt zu simulieren. Es wurde festgestellt, dass zwar zunächst der Grundwerkstoff korrodiert, die Korrosion sich aber nach einer Zeit von wenigen Minuten bis zu ein bis zwei Stunden in das Gussmetall verlagert (d. h. es wird eine Umkehr der Korrosionsströmung beobachtet) [7]. In diesem Verhalten spiegelt sich, anders als im Verhalten der Schweißteile, eine Unfähigkeit zur Passivfilmbildung am erstarrten Werkstoff wider, deren Ursache noch nicht geklärt ist.

Galvanische Zelle zwischen Knetlegierung AZ31 und Druckgusslegierungen AM20, AM50, AM6, und AZ91. Negativer Strom bedeutet Korrosion in AZ31 (Großbild)

Ermüdungs- und Korrosionsermüdungsprüfungen in begrenzter Zahl wurden an mit AZ61-Schweißzusatz WIG-geschweißten Schweißteilen durchgeführt [8]. Es zeigte sich, dass bei Prüfungen in Luft die Schweißverbindungen eine erheblich niedrigere Ermüdungsgrenze aufweisen als der Grundwerkstoff. Diese Ermüdungsgrenze ist noch niedriger, wenn in 3,5% Salzlösung geprüft wird. In den meisten Fällen erfolgte der Bruch im Schweißgut nahe der Schmelzlinie.

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