Korrosionsermüdung in biogenen Kraftstoffen im VHCF-Regime
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Ziele des Projekts waren Untersuchungen zum Schwingungsrisskorrosionsverhalten des ferritischen Chromstahls 1.4016 (X6Cr17) in den Ottokraftstoffblends E85 und E24+ (verschärft) und des Vergütungsstahls 1.7228 (50CrMo4) in den Dieselkraftstoffblends B20 und B20+ (verschärft) zur Bestimmung des jeweiligen Werkstoffverhaltens. Hierzu wurde das lastunabhängige Korrosionsverhalten anhand von Auslagerungsversuchen als auch durch lastsimultane Untersuchungen zunächst separiert und vergleichend betrachtet. Anhand der durchgeführten Untersuchungen zum Einfluss einer mechanischkorrosiven Komplexbeanspruchung auf die Schwingfestigkeit von Proben des Werkstoffes 1.4016 (X6Cr17) in den Kraftstoffen E85 und E24+ konnte eine Abminderung der ertragbaren Nennspannungsamplituden beobachtet werden. Der Schwingfestigkeitsabfall an den ungekerbten Proben fällt sowohl in E85 als auch in E24+ deutlich geringer aus als bei den gekerbten Proben. Bei den in E24+ vorausgelagerten und an Luft geprüften ungekerbten Proben war ebenfalls ein Schwingfestigkeitsabfall zu verzeichnen. Im Gegensatz dazu konnte bei den in E85 vorausgelagerten und an Luft geprüften Proben kein schwingfestigkeitsmindernder Einfluss durch eine korrosive Wirkung des Kraftstoffes festgestellt werden. Dies wurde auch durch die Abwesenheit von Korrosionserscheinungsformen bestätigt. Weiterhin konnte nachgewiesen werden, dass es durch eine Erhöhung der Versuchsfrequenz zu einer Lebensdauerverlängerung in dem Ottokraftstoffblend E85 kam. Im Werkstoff- Kraftstoffsystem 1.7228 (50CrMo4) in B20 bzw. in der verschärften Variante B20+ ließ sich weder im Schwingungsrisskorrosionsversuch noch bei der Prüfung der vorausgelagerten Proben ein Schwingfestigkeitsabfall erkennen. Durch eine im Rahmen des Projektes entwickelte lastsimultane elektrochemische Untersuchungsmethode können Kraftstoffe hinsichtlich ihrer Korrosivität bei Schwingungsrisskorrosionsbedingungen bewertet werden. Das elektrochemische Verhalten des Werkstoffs 1.4016 (X6Cr17) wurde im Rahmen der Arbeit für die Kraftstoffe E85 und E24+ mit dieser modifizierten Untersuchungsmethode unter Schwingungsrisskorrosionsbedingungen untersucht. In E85 lässt sich im Vergleich zu E24+ wenig lokale Korrosion nachweisen. Im Falle eines Korrosionsangriffs findet der anschließende Rissfortschritt sehr abrupt statt. Anhand der Ergebnisse aus diesem Projekt konnten Erkenntnisse in bestehende Auslegungsansätze implementiert werden. Die Ziele eines Folgeprojekts sollten die Untersuchung des Einflusses der chemischen Zusammensetzung der Kraftstoffblends bzw. alternative zukünftige Kraftstoffe wie synthetische Kraftstoffe auf das Korrosionsermüdungsverhalten als auch die Übertragbarkeit der gewonnen Erkenntnisse auf andere Materialien (z.B. austenitische Werkstoffe) beinhalten. Mittels der neu entwickelten elektrochemisch instrumentalisierten Versuchsmethodik kann ein wertvoller Beitrag zum Verständnis der Schädigungsmechanismen geleistet werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Corrosion Fatigue Behaviour of Steels in Biofuels. In: Proceedings of the 7th International Conference on Mechanics and Materials in Design, M2D; June 11th-15th, 2017, Albufeira, Portugal. Editors: J.F. Silva Gomes, Shaker A. Meguid. Porto: INEGI, 2017, Paper Ref 6615, S. 467 – 482. ISBN 978-989-98832-7-7
Käfer, S.; Engler, T.; Kaufmann, H.; Andersohn, G.; Melz, T.; Oechsner, M.
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Development and Experimental Verification of a Corrosion Fatigue Assessment Method for Highly-Stressed Engine Components in E85 Biofuel-CORROSION 2017. March 26-30, 2017, New Orleans, Louisiana, U.S.A. Houston, TX USA: NACE International, 2017, Paper No. 9001, 16 S.
Käfer, S.; Kaufmann, H.; Melz, T.; Engler, T.; Andersohn, G.; Oechsner, M.
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Schwingungsrisskorrosionsverhalten von Stählen in biogenen Kraftstoffen, Tagung Werkstoffprüfung 2017, Berlin
Käfer, S.; Melz, T.
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Effect of Frequency on Corrosion Fatigue Behavior of Steel 1.4016 in E85 Biofuel up to the Very High Cycle Fatigue Regime. TMS 2018, 147th Annual Meeting & Exhibition, Phoenix, USA
Käfer, S.; Melz, T.
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Erarbeitung und experimentelle Verifizierung einer Methodik zur Absicherung von zyklisch hochbelasteten Motorkomponenten in korrosiven Kraftstoffen, Informationstagung Motoren, Herbst 2018, Würzburg, 2018
Engler, T.; Käfer, S.; Schumacher, J.; Kripak, G.; Oechsner, M.; Melz, T.; Zoch, H.-W.
