Wasserstoff, auch betriebsbedingt?

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1 DGO-AK Wasserstoffversprödung im Hause der Fa. SurTec Deutschland GmbH Zwingenberg, 29. November 2012 Verbindungstechnik Werkstofftechnik und Prozessanalytik Dipl.-Ing. Jürgen Böttner Verbindungstechnik / Werkstofftechnik J. Böttner DGO / SurTec Zwingenberg Folie 1

2 H + Verbindungstechnik / Werkstofftechnik J. Böttner DGO / SurTec Zwingenberg Folie 2

3 Wasserstoffversprödung - Einflussfaktoren (atomarer) Wasserstoff HIR H Sp R Fließen/ Bruch Werkstoffzustand Spannungszustand Verbindungstechnik / Werkstofftechnik J. Böttner DGO / SurTec Zwingenberg Folie 3

4 Wasserstoffversprödung + Einflussfaktor Festigkeit Oft keine Möglichkeit der Differenzierung zw. Gewaltbruch u. HSpR Festigkeit [M MPa] HSpR Vergleichsbrüche (Gewalt- vs. provozierter HSpR) IK-HSpR TK-HSpR HIR Beizblasen, Flockenrisse Verbindungstechnik / Werkstofftechnik J. Böttner DGO / SurTec Zwingenberg Folie 4

5 HSpR - Einflussfaktor Spannung u. Zeit +F H H H H H H -F Verbindungstechnik / Werkstofftechnik J. Böttner DGO / SurTec Zwingenberg Folie 5

6 Schadensfall HSpRK - 6 Monate nach der Montage Einsatzvergütet FK 10.9 Kernhärte ca. 360HV10 Randhärte ca. 540HV0,3 Verbindungstechnik / Werkstofftechnik J. Böttner DGO / SurTec Zwingenberg Folie 6

7 Schadensfall HSpRK - 6 Monate nach der Montage => Versagen durch betriebsbedingten Wasserstoff (Korrosionswasserstoff). Ursache: Verletzung des kathodischen Korrosionsschutzes durch eine fehlerhafte Montage. Verbindungstechnik / Werkstofftechnik J. Böttner DGO / SurTec Zwingenberg Folie 7

8 Vergleichsbruch nach Belastung unter Wasserstofflast Verbindungstechnik / Werkstofftechnik J. Böttner DGO / SurTec Zwingenberg Folie 8

9 Vergleichsgewaltbruch Die REM-Aufnahmen wurden in der Euro-Labor GmbH, Bochum erstellt Verbindungstechnik / Werkstofftechnik J. Böttner DGO / SurTec Zwingenberg Folie 9

10 Versagen durch Fließen oder Sprödbruch τ Fließgrenze Verfestigung H + H + Spaltbruchfestig gkeit H + σ H + H + Dekohäsion durch H + Verbindungstechnik / Werkstofftechnik J. Böttner DGO / SurTec Zwingenberg Folie 10

11 Versprödungsmechanismen bei Stahl Wasserstoff induzierte Spannungsrisse 300 C-Versprödung 500 C-Versprödung Flüssigmetall induzierter Sprödbruch Dynamische und statische Reckalterung Spannungszustandsversprödung Inkompatible Legierungselemente (Mg, Zn, Sb, Sn, P, ) Verbindungstechnik / Werkstofftechnik J. Böttner DGO / SurTec Zwingenberg Folie 11

12 Nachweis der Prozesssicherheit bei der Vermeidung der Wasserstoffversprödung Bruchverhalten zum Nachweis der H + -Spödbruchneigung n = 25 HCl 1:1 Expositionszeit t [min n] Anzahl der gebrochenen Ringe x (kumuliert) Verbindungstechnik / Werkstofftechnik J. Böttner DGO / SurTec Zwingenberg Folie 12

13 Prüfung auf Wasserstoffversprödung an Luft (Zeitstandbeanspruchung) Verspannungstest oben: i.o. unten: n.i.o. Verspannungstest Ausschnitt n.i.o. Verbindungstechnik / Werkstofftechnik J. Böttner DGO / SurTec Zwingenberg Folie 13

14 Neutralen Salzsprühnebeltest DIN EN ISO NSS (SF M5x20 - Fe/Zn8 - blau) Messunsicherheit beim NSS - Test (vereinfachter Ansatz in Anlehnung an VDA 5) Skalenweite 24 h Verschiebung durch die Lage der Erkennbarkeitsgrenze 24 h Parameter der Kammer und deren Einfluss auf die Korrosivität (Ziel lt. ISO: 70+/-20g/m²) geschätzt 24h u 48h Verbindungstechnik / Werkstofftechnik J. Böttner DGO / SurTec Zwingenberg Folie 14

15 Neutraler Salzsprühnebeltest DIN EN ISO NSS (SF M5x20 - Fe/Zn8 - blau) Binomialverteilung - Fehleranteil (RR) im Prüflos p = 8% (N >> n) 50% 45% 43,4% 40% 37,8% Wahrscheinlichkeit F [%] ] 35% 30% 25% 20% 15% 14,8% 10% 5% 0% 3,4% 0,5% 0,1% 0,0% 0,0% 0,0% 0,0% 0,0% Anzahl fehlerhafter Teile mit Fe-Korrosion (RR) x in der Stichprobe (n = 10) Verbindungstechnik / Werkstofftechnik J. Böttner DGO / SurTec Zwingenberg Folie 15

16 Prüfung auf H-ind. Sprödbruch im NSS-Test (Zeitstandbeanspruchung) Verbindungstechnik / Werkstofftechnik J. Böttner DGO / SurTec Zwingenberg Folie 16

17 Nr.1 Zn gelb chromatiert A2L DIN ISO Zn gelb chromatiert Wittgenstein Zn gelb chromatiert Tamabch Restbesta and Zeit [h] Verbindungstechnik / Werkstofftechnik J. Böttner DGO / SurTec Zwingenberg Folie 17

18 ZnNi getempert DIN Fe//ZnNi(12)8//F/T2(versiegelt) Keine Ausfälle innerhalb der Prüfdauer von 1056 Stunden Verbindungstechnik / Werkstofftechnik J. Böttner DGO / SurTec Zwingenberg Folie 18

19 Bild 1: Übersicht der gebrochenen Schraube Pos.1 Oberfläche Nr. 1 Verbindungstechnik / Werkstofftechnik J. Böttner DGO / SurTec Zwingenberg Folie 19

20 Bild 2: Detail aus Bild 1 Pos.1: Interkristalliner Spaltbruch, klaffende Korngrenzen Wasserstoffversprödung Verbindungstechnik / Werkstofftechnik J. Böttner DGO / SurTec Zwingenberg Folie 20

21 Bild 3: Pos.1 Detail aus Bild 2, Krähenfüße auf Korngrenzen des interkristallinen Spaltbruchs Verbindungstechnik / Werkstofftechnik J. Böttner DGO / SurTec Zwingenberg Folie 21

22 Bild 4: Pos.1, Detail aus Bild 1, Mitte, Mischbruch IK-Spaltbruchanteile mit Krähenfüßen auf Korngrenzen. Verbindungstechnik / Werkstofftechnik J. Böttner DGO / SurTec Zwingenberg Folie 22

23 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Verbindungstechnik / Werkstofftechnik J. Böttner DGO / SurTec Zwingenberg Folie 23