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Plenarvortrag

Verzögerte Rissbildung durch Wasserstoff

Mittwoch (18.09.2019)
17:30 - 18:00 Uhr Hamburg 1

Kein Bereich der Technik ist sicher vor dem kleinen Unhold, dem Element Nr. 1 des Periodensystems. Die geringe Atomgröße des Wasserstoffs lässt ihn leicht in das Metallgitter eindringen und ermöglicht ihm schnelle Diffusion, die Poren, Fischaugen und Flocken verursachen kann. Typisch ist die verzögerte Rissbildung, die nach Stunden, aber auch nach Jahren eintritt.

Der Wasserstoffgehalt setzt sich aus den in Fallen gefangenen und den im Metallgitter frei beweglichen (diffusiblen) Anteilen zusammen.
Verzögerte Rissbildung wird dadurch verursacht, dass der diffusible Wasserstoff sich in den durch lokale Spannungen aufgeweiteten Gitterbereichen aufkonzentriert. Dort schwächt er in zunehmendem Maße die interatomaren Bindungen, so dass schließlich die Spannungen (Last- und Eigenspannungen) ohne äußeres Zutun zur Rißbildung führen.

Der aus der Fertigung (Schmelzen, Wärmebehandeln, Beizen, Galvanisieren...) "mitgebrachte Wasserstoff" effundiert je nach Größe des Bauteils unterschiedlich schnell, so dass die Neigung zur verzögerten Rissbildung mit der Zeit abnimmt, bei großen Guß- oder Schmiedestücken aber mehrere Wochen andauern kann. Die verzögerte Rißbildung kann aber auch nach längeren Zeitintervallen auftreten. Verzinkte Schrauben, die beim Beizen und Galvanisieren Wasserstoff aufgenommen haben, verlieren bei der Lagerung kaum Wasserstoff, da die Zinkschicht eine Effusionsbarriere darstellt. Erst wenn durch die Montage Spannungen aufgebracht werden, wird das System scharf gestellt und die nun beginnende Aufkonzentration des Wasserstoffs kann typischerweise am ersten tragenden Gewindegang oder am Übergang Kopf/Schaft zur verzögerten Rissbildung führen.

Auch der beim Betrieb ( Druckwasserstoff, kathodische Spannungsrisskorrosion...) "erworbene Wasserstoff" kann zur verzögerten Rissbildung führen. Diese Verzögerung kann sehr lange Zeiträume umfassen. Wenn z. B. der Korrosionsschutz einer Kfz Fahrwerksfeder nach längerem Fahrbetrieb durch Steinschlag verletzt wird und Korrosion einsetzt, dann erzeugt deren kathodische Teilreaktion den atomaren Wasserstoff, der zur kathodischen Spannungsrisskorosion und damit zum Federnversagen nach langer Zeit führt.

Die verschiedenen Vorgänge, die zur Verzögerten Rissbildung führen, werden an Schadensbeispielen dargestellt.

Sprecher/Referent:
Prof. Dr.-Ing. Michael Pohl
Ruhr-Universität Bochum