Wasserstoffversprödung



Was ist Wasserstoffversprödung?

Die Wasserstoffversprödung beschreibt die Änderung der Sprödigkeit, welche durch die Eindringund und die Einlagerung von Wasserstoff in einem Metallgitter verursacht wird. Ähnlich einer Materialermüdung sind dies folgen einer Korrosion, die die Folge hat, dass es zu wasserstoffbedingter Rissbildung kommt. Die Wasserstoffspeicherung wird bei diesem Vorgang um anfällige Materialien begrenzt.

Welchen Effekt hat Wasserstoffversprödung?

Der Effekt tritt auf der Metalloberfläche – entweder durch Wasserstoffkorrosion oder bei einer anderen chemischen Reaktion in der Metallverarbeitung, an welchen Wasserstoff beteiligt ist. Bei diesem Vorgang entsteht atomarer Wasserstoff, der in kürzester Zeit in den vorhandenen Werkstoffen diffundiert. Dadurch fügt er sich an der Werkstoffoberfläche zu nicht diffusionsfähigen H2-Molekülen zusammen.

Der teilweise am Metallgitter eingelagerte Wasserstoff, kann wenn es sich um Titan handelt, ein Metallhydrid hervorbringen. Ebenfalls möglich, wie andere Fälle zeigten ist, dass sich der Wasserstoff an Fehlstellen oder Korngrenzen ablagert. Beide Fälle führen zu einer Versprödung des Metalls.

Gefahr eines verzögertem Sprödbruchs

Die Gefahr, dass hinreichend große Zugeigen- und/oder -lastspannungen zu einem verzögerten Sprödbruchs führen besteht. Ein verzögerten Sprödbruch, bedeutet, dass die Schädigung Zeit beansprucht und der Werkstoff wegen der Gleitblockierungen nahezu verformt bricht. Ähnlich der Spannungsrisskorrosion wird der Einsatz von Metallen zur Wasserstoffspeicherung beschränkt.

Wie verläuft eine Wasserstoffversprödung?

Der atomare Wasserstoff dringt im Rahmen einer bestimmten chemischen Reaktion in das Gefüge metallischer Werkstoffe ein. Hierbei wird er an Gitterstörstellen an denen er auch verbleibt wieder zu molekularem Wasserstoff rekombiniert.

Folge hiervon ist die Versprödung des Werkstoffes, welche durch die mit der Reaktion verbundenen inneren Spannung durch Druckerhöhung entsteht. Die Festigkeit wird hierbei nicht gesteigert. Das Ergebnis dieses Vorgangs sind Risse, welche sich von innen nach außen ausbreiten. Die Rissgeschwindigkeit wird dabei durch Wasserstoff an der Rissspitze beschleunigt.

Welche Materialien sind besonders Anfällig für Wasserstoffversprödung?

Sowohl Stahl und als auch Titan haben oft mit Versprödung zu kämpfen, wenn ein längerer Kontakt mit Wasserstoff besteht.
Die Ausnahme sind die austenitischen Stähle (z. B. CrNi-Stähle), da diese weitgehend unempfindlich gegen Wasserstoffversprödung sind. Sie gehören zu den Standardwerkstoffen der Wasserstofftechnik.

Festere Stähle mit hohem Martensitgehalt und einer Streckgrenze größer ca. 800 MPa sind besonders gefährdet gegenüber wasserstoffbedingten Schädigungen.

Ursachen für Wasserstoffversprödung?

Mögliche Ursachen für wasserstoffbedingte Schäden können sowohl:
– fertigungsbedingt, d. h. beispielsweise durch die Wasserstoffentstehung bei der galvanische Abscheidung, als auch beim Schweißen oder betriebsbedingt, d. h. beispielsweise durch die Wasserstoffkorrosion, sein.
– Bei der galvanischen Abscheidung wird an dem kathodisch geschalteten Stahl Wasserstoff gebildet und diffundiert in den Stahl.

Entfernung des Wasserstoffs aus Bauteilen

Voraussetzung, dass Bauteile den Wasserstoff wieder abgeben können, ist eine umgehend nach der Beaufschlagung mit Wasserstoff durchgeführte mehrstündige Wärmebehandlung bei ca. 200-300 °C. Hierbei entscheidend ist die Diffusionsgeschwindigkeit die der Wasserstoff bei geringen Temperaturen aufweist. Darum ist es möglich, dass bei einer Hitze von bis zu 200 °C der Wasserstoff aus dem Stahl ohne metallurgische Veränderung ausgetrieben werden kann.

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