Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

SicherHAEit - Erhöhung der Sicherheit beim Einsatz hochfester Stähle gegenüber Wasserstoff (H)-Versprödung durch ein verbessertes Verständnis des H-Absorptions- und Einlagerungsverhaltens

Aktuelle Werkstoffentwicklungen zielen auf eine Reduzierung der Anfälligkeit gegenüber Wasserstoff (H-) Versprödung ab. Aufgrund der mangelnden Kenntnis um die komplexen Zusammenhänge des H-Aufnahme und Einlagerungsverhaltens sowie der zugrunde liegenden Schädigungskinetik fehlt anwenderseitig oft das Vertrauen in die Produkte, weil herstellerseitig keine Korrelation zwischen den H-Versprödungsprüfungen und der Sicherheit im Betrieb garantiert werden kann.

Diese geforderte Korrelation soll mit dem im Projekt zu erzielenden Verständnis um das werkstoffspezifische H-Absorptions- und Einlagerungsverhalten sowie dem damit verknüpfte Schädigungshergang erzielt werden. Insbesondere betrifft das die Entwicklung und den sicheren Einsatz hochfester Schrauben ≥ Festigkeitsklasse 10.9, bei denen anwenderseitig noch große Bedenken im Hinblick auf ein H-Gefährdungspotential bestehen.

Von den Ergebnissen profitieren alle an der gesamten Fertigungskette hochfester Stahlbauteile beteiligten Industriezweige, von denen neben den zahlreichen kmU-Herstellern hochfester Schrauben und anderer Stahlbauteile insbesondere Wärmebehandlungsbetriebe sowie Galvanikbetriebe den kmU zuzurechnen sind. Die angestrebten Ergebnisse weisen folgenden Nutzen auf:

- Erhöhung der Sicherheit hochfester Schrauben gegenüber H-Versprödung durch Verbesserung der Prüfstrategien zur Korrelation mit der Sicherheit im Betrieb

- Optimierung von Werkstoffen und Auswahl geeigneter Oberflächenschutzsysteme

- Vertrauensgewinn bei den Kunden durch die Kenntnis und Beherrschung der Problematik H-Versprödung sowie durch optimierte Prozesse

- Ableitung von Maßnahmen zur Schadensverhütung / Schadensminimierung

Dazu wird an verschiedenen Werkstoffen das H-Absorptions-, -Diffusions- und -Einlagerungsverhalten systematisch untersucht, wobei auch der Einfluss mechanischer Beanspruchungen sowie das Schädigungsverhalten berücksichtigt werden, um entsprechende Handlungsempfehlungen für die H-Versprödungsprüfung abzuleiten.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen des Projektes wurden systematische Untersuchungen durchgeführt, mit denen ein tieferes Verständnis des Wasserstoff-Absorptions- und Einlagerungsverhaltens und der resultierenden Auswirkungen auf die Bauteilsicherheit hochfester Stähle unter Berücksichtigung von Werkstoff und Vergütungszustand sowie unter gleichzeitiger Einwirkung mechanischer Beanspruchungen erarbeitet wurde. Dieses wird dem Anwender in Zukunft erlauben, die Prüfstrategien zur Bewertung der Werkstoffanfälligkeit und des Wasserstoffgefährdungspotenzials zu optimieren und die Sicherheit der Produkte zu erhöhen.

In Abhängigkeit vom Wasserstoff-Absorptions- und Einlagerungsverhalten sind verschiedene Schädigungsmechanismen bzw. Schädigungshergänge zu erwarten. Zur Optimierung der Prüfstrategie hinsichtlich der Berücksichtigung des Absorptionsverhaltens und der daraus resultierenden Wasserstoffkonzentrationsprofile wurde im Rahmen dieses Projektes ein Modell entwickelt, welches den Schädigungshergang in die Stadien der wasserstoffassistierten Rissinitiierung und des wasserstoffassistierten Risswachstums unterteilt und so eine bruchmechanische Bewertung der Probenanfälligkeit gegenüber einer Wasserstoffversprödung ermöglicht, welche die Bestimmung des Wasserstoffdiffusionskoeffizienten, der Schwellenwertspannungsintensität und der Bruchzähigkeit enthält. Die Kombination aus den Bewertungsparametern zur Quantifizierung des Wasserstoffabsorptionsverhaltens und denjenigen zur Beschreibung der Bruchmechanik der Wasserstoffversprödung bietet dem Anwender eine optimale Prüfstrategie zur Bewertung der Werkstoffanfälligkeit und des Wasserstoffgefährdungspotenzials, was ihn in die Lage versetzt, durch weitere Auswertungen und Entwicklungen die Sicherheit seiner Produkte zu erhöhen.