- Kostengünstige Montagelösungen
- Lösungen für Verschraubungsprobleme
- Analyse der Verschraubungskurve
- Vorspannkraft bei Kunststoffverbindungen
- Magnesium-Verschraubungslösungen
- Katalog für technische Schrauben
Wasserstoffversprödung
Unerwartetes Versagen von Schrauben verursacht Schäden am Endprodukt und hohe Kosten. Es gibt viele Gründe für den Bruch einer Schraube, und Wasserstoffversprödung könnte einer davon sein.
Wasserstoffversprödung ist ein dauerhafter Verlust der Duktilität eines Metalls oder einer Legierung, der durch den Einschluss von Wasserstoffatomen im Gefüge verursacht wird und in Verbindung mit einer Belastung oder Zugspannung nach einer gewissen Zeit zu einem Sprödbruch führen kann (verzögerter Bruch).
Das Versagen einer Schraube aufgrund von Wasserstoffversprödung tritt nach dem Einbau auf (verzögerter Bruch) und nur bei Schrauben, die Zugspannungen ausgesetzt sind.
Das verzögerte Versagen kann nach einigen Stunden oder in den nächsten Tagen ohne sichtbare Anzeichen eintreten. Es tritt unmittelbar nach dem Einbau oder erst Monate später auf.
Die Wasserstoffversprödung wird nach der Quelle des Wasserstoffs in zwei Haupttypen unterteilt. Interne Wasserstoffversprödung (IHE) wird durch Restwasserstoff verursacht, der bei der Stahlherstellung und/oder bei Verarbeitungsschritten wie Beiz- und Galvanisierungsprozessen absorbiert wird.
Umweltbedingte Wasserstoffversprödung (Environmental Hydrogen Embrittlement, EHE), die durch Wasserstoff verursacht wird, der von außen in das Metall eingebracht wird, während es unter Spannung steht, z. B. bei in Betrieb befindlichen Befestigungselementen.
Wie kommt es zur Wasserstoffversprödung?
Drei elementare Bedingungen müssen gleichzeitig vorhanden sein, um ein Versagen durch Wasserstoffversprödung zu verursachen. Diese Bedingungen sind in dem nachfolgenden Diagramm entsprechend dargestellt:
Do you find any of these 3 elements in your application? Let us help you
Wie läuft der Prozess der Wasserstoffversprödung ab?
Die Wasserstoffversprödung erfolgt in der Regel durch einen 3-stufigen Prozess:
1. Wasserstoffabsorption: Bei Raumtemperatur können Wasserstoffatome von Kohlenstoffstahllegierungen während verschiedener Prozesse absorbiert werden, z. B. bei der Herstellung im Zusammenhang mit der Säurereinigung, der Galvanisierung oder der Exposition gegenüber wasserstoffhaltigen Umgebungen.
2. Diffusion: Die absorbierten Wasserstoffatome sind sehr mobil und können zu den Bereichen mit der höchsten Spannung diffundieren, wie z. B. Korngrenzen, Versetzungen, Einschlüsse ... Der Wasserstoff bildet Hohlräume an den Metallkorngrenzen. Das Ergebnis der Diffusion von Wasserstoff in das Material ist ein Verlust an Duktilität, wodurch es spröder und anfälliger für Risse wird.
3. Versprödung: Wenn die Schraube lange genug einer hohen Zugspannung ausgesetzt ist, üben diese Hohlräume zusätzlichen Druck auf die Metallkörner aus und bilden erste Risse, die entlang der geschwächten Korngrenzen wachsen, bis die Schraube schließlich bricht. Dieser Vorgang wird als intergranulare Rissbildung bezeichnet.
1. Wasserstoff-Absorption
2. Wasserstoff an bevorzugten Stellen wie Korngrenzen, Versetzungen oder Störstellen
3. Angriff wächst und führt zu Rissbildung unter Spannung
Wenn ein Riss unter Zugspannung entsteht, kommt es zu einer hohen Spannungskonzentration an der Rissspitze. Wenn genügend Wasserstoff vorhanden ist, interagiert er mit der Rissspitze und setzt die Ausbreitung des Risses in Gang.
Wie lässt sich das Risiko Wasserstoffversprödung einer Schraube minimieren?
Die Wasserstoffversprödung ist weder sichtbar noch vorhersehbar. Obwohl die Herstellungsverfahren zur Minimierung des Risikos der Wasserstoffversprödung optimiert sind, gibt es keine Produktionsmethode, die eine vollständige Beseitigung der Versprödung garantieren kann.
- Die Normen für galvanisierte Schrauben ISO4042 und ASTMF1941/F1941M klassifizieren anfällige Verbindungselemente, die ein Tempern erfordern, als solche mit einer spezifizierten Mindesthärte über 390 HV. Die ISO 4042 schreibt ein Tempern bei einer Temperatur von 190°C bis 230°C für bis zu 24 Stunden vor (je nach Größe und Festigkeit/Härte der Schraube). Dieses Verfahren kann die interne Wasserstoffversprödung nicht vollständig beseitigen, verringert aber das Risiko erheblich.
Bei der Galvanisierung entsteht Wasserstoff, der von der Schraube absorbiert werden kann. Das Ziel des Temperns ist es, so viel Wasserstoff wie möglich zu extrahieren und den Rest an Einschlussstellen in die Stahlstruktur zu verlagern, um ihn unbeweglich zu machen. Auf diese Weise wird die Menge des mobilen Wasserstoffs, der zur Wasserstoffversprödung führt, reduziert.
- Für Schrauben mit einem hohen Risiko der Wasserstoffversprödung in Anwendungen mit hohen mechanischen Anforderungen wird empfohlen, organische Beschichtungen zu verwenden, bei denen während des Beschichtungsprozesses kein Elektrolyseprozess durchgeführt wird.
Wie CELO helfen kann, Wassersstoffversprödung in Ihren Baugruppen zu verhindern
Wasserstoffversprödung tritt unvorhersehbar auf. Um dies zu verhindern, müssen bereits in der Konstruktions- und Fertigungsphase Anstrengungen unternommen werden.
Die Anwendungsingenieure von CELO können unseren Kunden helfen, Wasserstoffversprödung in ihren Bauteilen zu verhindern, indem sie:
- Empfehlung von Werkstoffen mit geringerer Anfälligkeit für HE
- Optimierung des Verbindungsdesigns, um Zug-, Scher- und Biegespannungen zu reduzieren.
- Auswahl der geeigneten Schraubenbeschichtung, die Ihren Korrosionsanforderungen entspricht und das Risiko der Wasserstoffversprödung Ihrer Baugruppen verringert.
Viele gängige Beschichtungen wie die Verzinkung (ASTMB633) bilden eine Barriere um die Schraube, die verhindert, dass Wasserstoff leicht aus der Schraube diffundieren kann. Porösere Beschichtungen sorgen für eine größere Wasserstoffdiffusion und minimieren das Versprödungsrisiko.
Wir wissen, wie wir Ihnen helfen können
Unsere Anwendungsingenieure können Ihnen helfen, die beste Beschichtung zu wählen, die den Korrosionsanforderungen entspricht.
TEST zum Nachweis von Wasserstoffversprödung
Die internationale Norm ISO 15330:1999 beschreibt das Verfahren zum Nachweis der Wasserstoffversprödung von Schrauben bei Raumtemperatur. Der Zweck dieser Prüfung ist es, ein Spannungsniveau einzuführen, das den Versprödungsprozess beschleunigen und die Anfälligkeit für wasserstoffinduzierte Rissbildung aufzeigen kann. Bei CELO "führen" wir diesen Test in unserem Labor durch. Der Test sollte im Voraus angefragt und bei der Definition der Schraube angefordert werden.