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Titelbild für aktuelle Nachrichten der DGO

Angeregte Diskussion zur Wasserstoffversprödung in Verbindung mit Galvanotechnik

Die Sitzung des Arbeitskreises Wasserstoffversprödung am 8. November 2018 bei der Firma SurTec/Freudenberg war die 24. seit Gründung des Diskussionsforums. Etwa 30 Teilnehmer vorwiegend aus Industrie, Verbänden sowie Instituten tauschten sich über neueste Erkenntnisse und Erfahrungen aus. Die Teilnahme an der Sitzung des Arbeitskreises steht jedem offen, der in seiner beruflichen Tätigkeit mit dem Thema Wasserstoffversprödung in Verbindung mit galvanotechnischen Verfahren konfrontiert ist. Die Teilnehmerfluktuation führt hierbei zu einer stets lebendigen Diskussion.

Widersprüchliche Normen

Eine Durchsicht der international und national gültigen Normen und technischen Vorschriften zur fertigungsbedingten Wasserstoffversprödung zeigte, dass in Teilbereichen auch Unklarheiten und widersprüchliche Angaben vorliegen. Letzteres gilt insbesondere für die Dauer einer Wärmebehandlung nach den oberflächentechnischen Prozessen zur Verringerung des Wasserstoffgehaltes von Bauteilen. So ist die Forderung, dass eine Wärmebehandlung mindestens innerhalb von vier Stunden nach den galvanotechnischen Prozessen zu erfolgen hat, noch immer in einigen Vorschriften zu finden, obwohl diese Forderung technisch völlig sinnlos ist.

Andererseits ist in der neuen Norm für Schraubenverbindungen ISO TR 20491 unter definierten Bedingungen eine Wärmebehandlung für Werkstoffe der Härte 390 HV (das entspricht einer Festigkeit von etwa 1.200 MPa) nicht mehr erforderlich, wird aber im Zweifelsfall empfohlen. Da diese Norm mit einer allein 50-seitigen Erläuterung sehr umfangreich ist, sind Zweifel an der Praxistauglichkeit angebracht. Hier wird diskutiert, ob die DGO mit einem FAQ-Papier für die Praxis unterstützen kann.

Zudem ist geplant, die DIN 50969 in einer zu aktualisierenden Version als ISO-Norm über den ISO TC 107 zu etablieren. Generell ist in allen Normenvorschriften stets die Festigkeit von Bauteilen mit einem Grenzwert von 1.000 MPa als das wesentlichste Kriterium für eine Versprödungsgefahr genannt. Hier sind sich alle Experten einig, dass zukünftig neben der Festigkeit der Gefügezustand stärker zu berücksichtigen ist. Die Erfahrungen aus Schadensfällen und vorliegende Forschungsarbeiten weisen deutlich darauf hin, obwohl noch nicht alle Zusammenhänge vollkommen bekannt sind. 

„Versprödungsindex“ 

Untersuchungen zu Beizinhibitoren zeigen, dass es für eine erfolgreiche Reinigungswirkung in der Praxis sinnvoll ist, einen durch geeignete Inhibitoren gesteuerten geringen Wasserstoffeintrag in das Bauteil bei der anschließenden Elektrolyse zuzulassen. Allerdings muss die Konzentration im unterkritischen Bereich gehalten werden. Ebenfalls neue und bereits auf den Oberflächentagen 2018 in Leipzig präsentierte Ergebnisse zur Wasserstoffversprödung zeigen bei Beizuntersuchungen unerwartet keinen Zusammenhang zwischen dem Materialabtrag, der Wasserstoffpermeation und dem Versagen von als Testkörper verwendeten C-Ringproben.

Bei Beschichtungen wird der Frage nachgegangen, inwiefern sich Eigenspannungszustände der Schichten auf den oberflächennahen Bereich eines Bauteils auswirken und damit die Verteilung und Wirkung von Wasserstoff beeinflussen können. Auch hier steht das Mikrogefüge des Bauteilwerkstoffes in der Diskussion. Fernziel ist die Entwicklung eines generellen „Versprödungsindex“ etwa abgeleitet aus dem Kraft-Weg-Diagramm des Werkstoffes.

Weitere Forschungsarbeiten betrafen die Wasserstoffanalytik und Modellierung sowie Simulation der Wechselwirkung von atomarem Wasserstoff mit dem Mikrogefüge verschiedener Werkstoffzustände und schließlich Untersuchungen zur Bewertung der Anfälligkeit von Vergütungsstählen für hochfeste Schrauben gegenüber wasserstoffinduzierter Spannungsrisskorrosion.

Beschichtung hochfester Bauteile

An einem Beispiel aus der Praxis wurde gezeigt, dass es bei Berücksichtigung der vorliegenden Erkenntnisse zum Thema Wasserstoffversprödung ohne Zweifel möglich ist, auch hochfeste Bauteile einwandfrei zu beschichten. So werden für den Automobilbau zur Verbindung von Blechen etwa in der Mischbauweise Aluminium- und Stahl-Fügeelemente (Halbhohlstanznieten) mit einer Festigkeit von 1.800 MPa mit Zink-Nickel beschichtet. Fertigungsbedingte Wasserstoffversprödungen und nach KTL-Beschichtung ebenfalls betriebsbedingte Problemfälle wurden in milliardenfacher Anwendung in keinem Fall beobachtet. Schließlich wurde aus italienischer Produktion ein praxistaugliches Gerät zur Integralen Messung des diffusiblen Wasserstoffs von Bauteilen vorgestellt, das in Verbindung mit weiteren Werkstoffdaten und Prozessparametern unter sehr definierten Bedingungen für die Prozesssicherheit durchaus hilfreich sein kann.