Im November 2018 wurde die Neufassung der DIN EN ISO 4042 „Verbindungselemente – Galvanisch aufgebrachte Überzugssysteme“ ausgegeben. Die gegenüber der Vorgängerversion von 2001 eingebrachten Änderungen bzw. Ergänzungen beziehen sich insbesondere auf die Notwendigkeit des Temperns bei vergüteten und galvanisch beschichteten Verbindungselementen (v.a. Schrauben) zur Verringerung des Wasserstoffgehalts in den Bauteilen. Damit wurden aktuelle Forschungsergebnisse zur Minimierung des Risikos der Wasserstoffversprödung aufgegriffen und normativ berücksichtigt.

So ist nach neuer Norm eine Wärmebehandlung von Verbindungselementen mit einer Härte von über 390 HV (entspricht der Festigkeitsklasse 12.9) nach der alkalischen Zink-Nickel-Abscheidung nicht mehr zwingend erforderlich. Dies begründet sich durch die höhere Wasserstoffdurchlässigkeit der ZiNi-Beschichtungen im Vergleich zu bspw. Zn- oder ZnFe-Überzügen. Wenn auf das Tempern verzichtet wird, so ist laut Norm jedoch stets eine ergänzende Prozessverifizierung und/oder Produktprüfung beim Lieferanten durchzuführen, um fertigungsbedingte Wasserstoffversprödung sicher ausschließen zu können.

Daher gilt grundsätzlich: Eine fundierte und wirksame Temperstrategie bzw. auch die Entscheidung nicht zu tempern, sollte stets anhand empirischer und statistisch gesicherter Prüfdaten (Verspannversuchen, Verfahrensprüfungen) validiert und zwischen dem Lieferanten und dem Käufer abgestimmt werden.

Dies bedeutet im Umkehrschluss: Ist keine umfassende Prozess- und Produktverifizierung beim Lieferanten möglich bzw. können die Prüfdaten nicht nachvollziehbar vorgehalten werden, sollte im Zweifelsfall immer getempert werden.

Die Norm beinhaltet zudem im Anhang (B) weiterführende Informationen, die dem Anwender bei der Identifizierung einer geeigneten Temper- und Prüfstrategie unterstützen sollen. Darauf aufbauend hat der DGO-Arbeitskreis Wasserstoffversprödung gemeinsam mit der DGO-Geschäftsstelle nun nachfolgende Kernfragen einschl. zugehöriger Antworten formuliert, um Lieferanten und Kunden gleichermaßen für den praktischen Umgang mit der neuen DIN EN ISO 4042 zu sensibilisieren:

Frage 1: Welche Werkstoffe für Verbindungselemente sind bezüglich fertigungsbedingter Wasserstoffversprödung (IHE) gefährdet?

Antwort: Grundsätzlich ist stets zu beachten, dass die Wasserstoffversprödung keine Stoffeigenschaft sondern eine Systemeigenschaft darstellt (s. Anhang B1) und somit im Einzelfall eine Fülle von Einflussgrößen von Bedeutung sein kann.

Werkstoffseitig handelt es sich im Wesentlichen um niedrig legierte hochfeste Stähle der Festigkeitsklassen 10.9 und 12.9, bei denen IHE auftreten kann.

Frage 2: Welche Prozessparameter sind bei der Beschichtung gefährdeter Verbindungselemente wichtig?

Antwort: Alle Prozessschritte sollten zu einem möglichst geringen Wasserstoffangebot an der Werkstückoberfläche führen.

Insbesondere das saure Beizen ist möglichst kurz und bei Verwendung geeigneter Inhibitoren auszuführen. Bei Verbindungselementen höherer Festigkeitsklassen (12.9) kann eine säurefreie Vorbehandlung, also z.B. mechanische Reinigung notwendig werden.

Bei der Beschichtung ist die korrekte Einhaltung aller Prozessparameter und deren vollständige Dokumentation Voraussetzung.

Ein oberhalb der Festigkeitsklasse 9.8 i.a. erforderliches Tempern sollte im Temperaturbereich 190 °C bis 220 °C für acht bis zeh Stunden, wenn erforderlich bis etwa 24 Stunden durchgeführt werden. Die Zeit zwischen der Beschichtung und Temperung soll möglichst kurzgehalten werden, stellt jedoch keine zwingende Voraussetzung dar.

Der Erfolg der durchgeführten Maßnahmen (Temperung) ist durch geeignete Prüfungen nachzuweisen (s. Anhang B6/ DIN 50969-2).

Frage 3: Welche galvanischen Beschichtungen sind potenziell für IHE gefährlich?

Antwort: Gefährlich sind alle Beschichtungen, die eine Diffusionsbarriere für in den Werkstoff eingedrungenen atomaren Wasserstoff bilden, also z.B. Zn-Schichten. Weniger gefährlich sind Schichten, die den Wasserstoff nicht blockieren (z.B. Ni) und offenporige Schichten wie etwa das in der Luftfahrt übliche offenporige Cd. Alkalisch abgeschiedene ZnNi-Schichten mit einem Ni-Gehalt zwischen 12 und 16 Prozent weisen ebenfalls ein deutliches Diffusionsvermögen für atomaren Wasserstoff auf und gelten daher unter bestimmten Randbedingungen als weniger gefährlich.

Frage 4: Wann muss nicht getempert werden?

Antwort: Verbindungselemente der Festigkeitsklasse ≤ 9.8 müssen bei korrekter Prozessführung nicht getempert werden. Bei höheren Festigkeitswerten muss i.A. getempert werden. Untersuchungen haben gezeigt, dass bei einer Festigkeitsklasse 12.9 und einer alkalischen  Beschichtung mit ZnNi bei einem Ni-Gehalt von 12 bis 16 Prozent nicht getempert werden muss, wenn die Beschichtung in einem verifizierten Prozess mit dem Nachweis der Versprödungsfreiheit erfolgt ist. Bei der sauren galvanischen ZiNi-Abscheidung zeigen sich ähnliche Vorteile, jedoch muss die zugehörige Datenbasis noch ausgebaut werden.

Frage 5: Wie kann in der Produktion sichergestellt werden, dass im oben genannten Fall der alkalischen Beschichtung von Verbindungselementen 12.9 mit ZnNi und einem Nickelgehalt von 12 bis 16 % nicht getempert werden muss – aber kann?

Antwort: Der gesamte Beschichtungsprozess muss verifiziert und dokumentiert werden, und die Produktionslose müssen statistisch abgesichert auf Wasserstoffversprödung geprüft sein (s. z.B. DIN 50969-2).