Eine Einführung in die Wasserstoffversprödung

Wasserstoffversprödung ist das Ergebnis der Absorption von Wasserstoff durch empfindliche Metalle, was zu einem Verlust der Duktilität und einer Verringerung der Belastbarkeit führt. Spannungen unterhalb der Streckgrenze des versprödeten Materials können zu Rissbildung und katastrophalem Sprödbruch führen. Die Wasserstoffversprödung wird auch als wasserstoffinduzierte Rissbildung oder Wasserstoffangriff bezeichnet.

Bei Raumtemperatur können Wasserstoffatome in das Metallgitter aufgenommen werden und durch die Körner diffundieren. Der absorbierte Wasserstoff kann entweder in atomarer oder kombinierter molekularer Form vorliegen. Unabhängig von der Form verbinden sich die Atome oder Moleküle zu kleinen Bläschen an Metallkorngrenzen. Diese Blasen wirken als Druckkonzentratoren und bauen den Druck zwischen den Metallkörnern auf. Der Druck kann auf ein Niveau ansteigen, bei dem das Metall eine verringerte Duktilität aufweist, was zur Bildung winziger Risse im Inneren des Materials führt. Die Rissbildung ist intergranular. Das heißt, der Riss wächst entlang der Metallkorngrenzen. (Weitere Informationen zu diesem Thema finden Sie unter Wasserstoffblasenbildung und Wasserstoffversprödung:Ursachen und vorbeugende Maßnahmen.)

Ein Beispiel für ein Versagen aufgrund von Wasserstoffversprödung ist in der folgenden Abbildung dargestellt. Das linke Bild zeigt eine makroskopische Ansicht eines gebrochenen, verchromten Stahlbolzens. Das rechte Bild zeigt eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme der Bruchfläche. Das facettierte Aussehen der Bruchfläche weist auf einen intergranularen Bruch hin. Der Bolzen wurde während des Verchromungsprozesses spröde.

Gebrochener Bolzen und rasterelektronenmikroskopische Aufnahme der Bruchfläche.

Es gibt drei erforderliche Faktoren für ein Versagen aufgrund von Wasserstoffversprödung:

1. Ein anfälliges Material
2. Einwirkung einer wasserstoffhaltigen Umgebung
3. Das Vorhandensein von Zugspannung aufgrund von Rest- und/oder aufgebrachter Spannung

Hochfester Kohlenstoffstahl und niedrig legierte Stähle sind die Legierungen, die am anfälligsten für Wasserstoffversprödung sind. Stähle mit einer Zugfestigkeit von weniger als 1000 MPa oder einer Härte von weniger als 30 HRC gelten im Allgemeinen nicht als anfällig für Wasserstoffversprödung. (Ein weiteres Beispiel finden Sie im Artikel Probleme mit der Wasserstoffversprödung bei Zink:Neue Anleitung diskutiert.)

Wasserstoff tritt bei Umgebungs- oder erhöhten Temperaturen in eine Metalloberfläche ein und diffundiert durch diese. Dies kann bei verschiedenen Herstellungs- und Montagevorgängen oder bei der betrieblichen Nutzung auftreten – überall dort, wo das Metall mit atomarem oder molekularem Wasserstoff in Kontakt kommt.

Zu den Prozessen, die zur Wasserstoffversprödung führen können, gehören Phosphatieren, Beizen, Galvanisieren und Lichtbogenschweißen. Während dieser Prozesse besteht die Möglichkeit der Wasserstoffaufnahme durch das Material. Beispielsweise wird beim Lichtbogenschweißen aus Feuchtigkeit Wasserstoff freigesetzt (z. B. in der Beschichtung der Schweißelektroden; um dies zu minimieren, werden beim Schweißen von hochfesten Stählen spezielle wasserstoffarme Elektroden verwendet).

Während des Gebrauchs kann Wasserstoff durch Korrosion, chemische Reaktionen von Metall mit Säuren oder mit anderen Chemikalien – insbesondere Schwefelwasserstoff bei Sulfid-Spannungsrissen – in Metall eingeführt werden.

Damit die Spannung einen Bruch verursacht, kann sogar die Restspannung innerhalb eines Bauteils ausreichen.

Schritte, die unternommen werden können, um eine Wasserstoffversprödung zu vermeiden, umfassen das Reduzieren der Wasserstoffexposition sowie das Backen nach dem Plattieren und die andere Verarbeitung, die zu einer Wasserstoffabsorption führt. Durch das Backen kann der Wasserstoff aus dem Metall diffundieren. Wenn das Backen keine Option ist, sind die Verwendung von Stählen mit geringerer Festigkeit und die Reduzierung der Eigenspannung und der aufgebrachten Spannung mögliche Möglichkeiten, um Brüche aufgrund von Wasserstoffversprödung zu vermeiden. Dies sind möglicherweise die besten Optionen für Umstände, die zu einer Wasserstoffaufnahme führen, während eine Komponente in Betrieb ist.

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Der Artikel und die Bilder erschienen zuvor unter https://www.imetllc.com/wasserstoffversprödung-stahl/ . Nachdruck mit Genehmigung. Copyright Industrial Metallurgists, LLC .