Lokale Wasserstoffbestimmung vor Kerben und Rissspitzen mithilfe eines elektrochemischen Analyseverfahrens
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Werkstoffcharakterisierung: Hochfeste Mehrphasenstähle werden seit einiger Zeit in Bereichen der Automobilindustrie eingesetzt, welche die Kombination einer hohen Werkstofffestigkeit mit einem guten Verformungsvermögen fordern. Jedoch können hochfeste Stähle beim Zusammenwirken kritischer Zugbelastungen und Wasserstoffkonzentrationen zur Wasserstoff induzierten verzögerten Rissbildung neigen. Fertigungsschritte, die zu einer weiteren Festigkeitssteigerung durch Kaltverfestigung führen, verschärfen den Werkstoffzustand weiter. Die im Rahmen des Projektes durchgeführten Zeitstanduntersuchungen mit definiertem Probenwasserstoffgehalt sind deshalb von großem technischen Interesse für die Automobilindustrie, da sie die Einsatzgrenzen von hochfesten Mehrphasenstählen unter Wasserstoffeinfluss und unter praxisnahen Bedingungen exakt darstellen. Dazu ist es erforderlich, den gesamten im Werkstoff enthaltenen Wasserstoff, in den diffusiblen (schädlichen) und den in tiefen Fallen gefangenen (unschädlichen) Wasserstoff zu unterscheiden, wie es mit dem an der Ruhr-Universität Bochum implementierten HCA-Verfahren gezeigt wurde. Hierdurch sind ein sicherer Einsatz dieser Stähle im Automobilbau und die Sicherheit der Fahrzeuginsassen gewährleistet. Lokale Wasserstoffanalyse: Durch Anwendung der elektrochemischen Mikrokapillar-Messmethode konnte die lokale Anreicherung von Wasserstoff im Bereich des Kerbs von mechanisch belasteten und gleichmäßig mit Wasserstoff beladenen Zeitstandproben erstmalig nachgewiesen werden. Durch eine Kalibration der Mikrokapillar-Messmethode mit der HCA-Methode gelang nicht nur ein qualitativer Nachweis sondern ebenfalls eine quantitative Bestimmung der Wasserstoffanreicherung, die im Vergleich zur Ausgangswasserstoffkonzentration um den Faktor 6 lokal gesteigert sein kann. Dieser Vorgang kann bei hochfesten Stählen, auch bei sehr niedrigen integral vorliegenden Wasserstoffgehalten, durch Aufkonzentration in elastisch gedehnten Bereichen des Werkstoffs, zur Wasserstoff induzierten verzögerten Rissbildung führen. Die Ergebnisse aus dem Forschungsprojekt tragen so maßgeblich zum besseren Verständnis der Schädigungsmechanismen von Wasserstoff induzierter verzögerte Rissbildung bei. Schlussfolgerungen: Die hier dargestellten Untersuchungsergebnisse zeigen sehr anschaulich das Potential der eingesetzten Mikrokapillar-Messmethode zur Klärung der Mechanismen bei Wasserstoff induzierter verzögerter Rissbildung auf. Effektive Maßnahmen die zur Prävention dieser Schädigungsart dienen, erfordern jedoch weitere Schritte. So muss im nächsten Schritt die Wasserstofflöslichkeit der in Mehrphasenstählen vorliegen Phasen und im darauffolgenden Schritt deren zur Rissbildung notwendige kritische Wasserstoffkonzentration und mechanische Spannung validiert werden. Durch diese Kenntnis kann in Zukunft das Werkstoffdesign von hochfesten Stählen so angepasst werden, dass sich Stähle mit einer besonders hohen Resistenz gegen Wasserstoff induzierte verzögerte Rissbildung entwickeln lassen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Spannungsrisskorrosion hochfester Stähle. Materials Testing 52 (2010) Nr. 1-2, S. 52-56
Pohl, M.; Kühn, S.
- Wasserstoff induzierte Spannungrisskorrosion hochfester Mehrphasenstähle. Tagungsband „Tagung Werkstoffprüfung 2010 – Konstruktion Werkstoffentwicklung und Schadensanalyse“, Verlag Stahleisen GmbH (2010) S. 377- 382
Kühn, S.; Pohl, M.
- Einfluss von diffusiblem Wasserstoff auf die mechanischen Eigenschaften von hochfesten Mehrphasenstählen unter Berücksichtigung der Kaltverfestigung. Dissertation, Bochum 2011
Kühn, S.
- Evaluation of the SCC-Susceptibility of Cold Worked Structural Steels using Local Hydrogen Measurements. International Hydrogen Conference, Wyoming 2012
Luithle, A.; Suter, T.; Pohl, M.
- Neue Verfahren zur integralen und lokalen Analyse von diffusiblem Wasserstoff in hochfesten Stählen. Tagungsband „Tagung Werkstoffprüfung“, Verlag Stahleisen GmbH (2012) S. 153-159
Kühn, S.; Unterumsberger, F.; Suter, T.; Pohl, M.
- Neue Verfahren zur Analyse von diffusiblem Wasserstoff in hochfesten Stählen, Materials Testing 55(2013), S. 648-652
Kühn, S.; Unterumsberger, F.; Suter, T.; Pohl, M.
