Dr. Prepper – Ausgabe 5

Druckeigenspannung, erzeugt durch das Bristle Blasting Verfahren mit Auswirkungen auf Spannungsrisskorrosion

In dieser 5. Ausgabe präsentiert Dr. Prepper die Zusammenfassung der Arbeit von Professor Stango, die von NACE International veröffentlicht wurde und sich mit den Schlüsselmerkmalen von Oberflächen befasst, die durch das Bristle Blasting Verfahren erzeugt werden.

Es werden wichtige Unterschiede zwischen riefenbasierten (z. B. Schleifen oder Bürsten) und kraterbasierten Verfahren (z. B. Strahlmittelstrahlen oder Bristle Blasting) diskutiert. Besonderes Augenmerk wird auf die Untersuchung von Druckeigenspannungen gelegt, die während des Bristle Blasting Verfahrens erzeugt werden, und deren Auswirkungen auf die Lebensdauer von Bauteilen.

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Die riefenbasierte Oberflächenvorbereitung ist durch Riefen gekennzeichnet, die durch eine verlängerte Gleitkontaktzeit zwischen Schleifmittel und metallischer Oberfläche entstehen. Dadurch werden Werkstückoberflächen höheren Materialabtragsraten und Reibungserwärmung ausgesetzt.

Übermäßige Temperaturen können sogar zu Brandflecken führen, auch als Schleifbrand bezeichnet, und sind bekanntermaßen die Ursache für extreme Zugeigenspannungen, die die Lebensdauer des Bauteils verkürzen und die Anfälligkeit für Spannungsrisskorrosion (SCC) erhöhen. ¹

Im Gegensatz dazu erzeugen kraterbasierte Verfahren nur minimale Reibungswärme und erzeugen Ankerprofile, die für die nachfolgende Haftung und Stabilität aufgetragener Schutzschichten als wesentlich erachtet werden. Die Oberflächenfragmentierung bildet die Grundlage für die Rostentfernung und die Freilegung des darunterliegenden Grundmetalls.

Das heißt, durch diese Mikroeindrückungen werden Oberflächen gleichzeitig gereinigt und profiliert. Darüber hinaus ist die erzeugte Druckeigenspannung im Werkstück bis zu einer signifikanten Suboberflächentiefe (Abb. 1) nachweisbar. ¹

Abbildung 1: Querschnittsmikrographie, die die bearbeitete Schicht und ein 100 µm ungestörtes Substrat einer Bristle Blasted Oberfläche (ABS-A Stahl) zeigt ²

Stango bearbeitete einen gängigen Schiffbaustahl (ABS-A) mit dem Bristle Blasting Verfahren und untersuchte die entstehenden Längs- und Querspannungen mittels Röntgenbeugung. Beide folgen einem ähnlichen Muster und erreichen die größte Druckeigenspannung im Bereich von 30 – 50 μm.

Abb. 2 zeigt, dass Druckeigenspannung bis zu einer Tiefe von ~300 μm vor der Normalisierung messbar ist. Daraus schließt Stango eine Verbesserung der Bauteillebensdauer aufgrund einer erhöhten Beständigkeit gegen Risswachstum sowie einer Verzögerung des Beginns der Spannungsrisskorrosion. ³

Abbildung 2: Eigenspannungen gemessen mittels Röntgenbeugung für eine Bristle Blasted Oberfläche (ABS-A Stahl) ²

REFERENZEN: Stango, R.J., „Druckeigenspannung erzeugt durch Bristle Blasting Verfahren mit Auswirkungen auf SCC“. In NACE Corrosion Conference 2014, San Antonio, Paper Nr. C2014-5152, Seite 3. Ebd., Seite 4. Ebd., Seite 4.

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