25 Jahre Arbeitskreis Wasserstoffversprödung

Auf der Jubiläumssitzung wurden die Gründer des Arbeitskreises, Wolfgang Paatsch und Patricia Preikschat, für ihr Engagement geehrt. Experten referierten über Analysen, Untersuchungsansätze und DIN-Normen zur Vermeidung von wasserstoffbedingten Sprödbrüchen bei galvanisch beschichteten hochfesten Bauteilen.

Wolfgang Paatsch und Patricia Preikschat leiten seit 25 Jahren den AK Wasserstoffversprödung.

Die Jubiläumssitzung mit etwa 30 Teilnehmern fand am 21. November – wie auch in der Vergangenheit – bei der SurTec International GmbH in Zwingenberg statt.

In diesem Rahmen wurden die beiden Gründer des Arbeitskreises Patricia Preikschat und Wolfgang Paatsch durch DGO und ZVO für ihr großes und kontinuierliches Engagement geehrt. Sie leiten den Arbeitskreis bis heute. Anlass für die Gründung war seinerzeit eine kontrovers diskutierte Firmenvorschrift zur Wärmebehandlung von galvanisch verzinkten hochfesten Bauteilen aus Stahl.

„Die Sitzung war arbeitsintensiv und gleichzeitig durch die Würdigung auch ein wenig feierlich“, resümiert Wolfgang Paatsch, der hier die Referate und Diskussionen der Sitzung zusammenfasst.

„In einem Überblick zum jetzigen Stand der Technik auf diesem Gebiet wurde deutlich, dass es bei Beachtung der nunmehr geltenden technischen Regeln ohne Einschränkung möglich ist, hochfeste Bauteile aus vorwiegend Stählen ohne die Gefahr einer wasserstoffinduzierten Versprödung galvanotechnisch zu beschichten. Im Wesentlichen sind die folgenden Faktoren zu beachten:

  • Wahl eines „H-forgiving“ Werkstoffes (Mikrostruktur, Reinheit, Restduktilität) und geeignetes Design (Zugspannungen)
  • Beachtung der Regeln für die Vorbehandlung
  • Prozesskontrolle der Abscheidung (on line)
  • Wärmehandlung (Temperatur, Zeitdauer)
  • Geeigneter Zugversuch an Bauteilen/Referenzproben

DIN-Normen zu technischen Anforderungen und Vorschriften

Die technischen Anforderungen sind in der kürzlich überarbeiteten DIN 50 969 „Vermeidung fertigungsbedingter wasserstoffinduzierter Sprödbrüche bei hochfesten Bauteilen aus Stahl“ zusammengestellt. Die Norm wurde 2017 um Vorschriften zur Thematik „Nachräglich betriebsbedingte Einflüsse und erweiterte Prüfungen“ ergänzt. Bei letzterem handelt es sich im Wesentlichen um Auswirkungen von korrosionsbedingtem Wasserstoff auf das unter Zugspannung stehende Bauteil.

In einer entsprechenden Vorschrift für Verbindungselemente DIN EN ISO 4042 zur Wärmebehandlung sind offensichtlich durch viele Nutzer missverständliche Interpretationen erfolgt. Die DGO hat in einer FAQ-Behandlung im ZVO-Report zur Klarheit beigetragen.

Neuer Untersuchungsansatz und erste betriebliche Ergebnisse

In einem neuen Untersuchungsansatz wurden Sicherungsringe aus C 10 und C 75 (mit und ohne Kerbe sowie einen mittig angebrachten Gewindepart) mit unterschiedlichen Vergütungsgraden und -verfahren (ZTU-Diagramme) zunächst mit Zn und auch mit ZnNi beschichtet, mit und ohne Wärmebehandlung, sowie auch Korrosionstests (Einfluss von Korrosionswasserstoff) unterzogen. Unter Aufnahme des Kraft-Weg-Diagramms wurden die Ringe auf Zug beansprucht. Die Auswertung der Kraft-Weg-Diagramme erfolgte durch Ermittlung der Anteile der hierbei auftretenden elastischen plastischen Verformungsarbeit und deren Interpretation auf Basis der Versetzungstheorie und der Entfestigungswirkung im Metallgitter durch den Wasserstoff. Die Ergebnisse wurden verglichen mit entsprechenden Zugversuchen nach Norm, wobei sich bei der neuen Methode ein deutlich höherer Differenzierungsgrad ergab. Dieser kann genutzt werden, um die Parameter beim Vergüten sowie die Prozessparameter beim galvanotechnischen Prozess zu optimieren. Von besonderer Bedeutung ist darüber hinaus, dass die Methode Ergebnisse im Bereich von Minuten erlaubt. Demgegenüber sind für die Zugversuche Stunden anzusetzen. Erste betriebliche Ergebnisse wurden diskutiert. Die weitere Entwicklung darf mit Spannung erwartet werden.

Analyse zu Wasserstoffgefährdungspotenzial

In einem Beitrag zur Wasserstoffanalytik wurde eine Messzelle zur lokalen Untersuchung des Wasserstoffgehaltes im oberflächennahen Bereich vorgestellt. Es handelt sich hierbei um den sekundären Anteil (in Form einer Aufsatzzelle der üblicherweise für Diffusionsversuche genutzten Doppelzelle mit einer trennenden Membran. Im Gegensatz zu dem häufig durchgeführten Heißextraktionsverfahren, bei dem der im Bauteil vorhandene Wasserstoff integral erfasst wird, ist hier am realen Bauteil eine örtlich aufgelöste Analyse möglich. Dies kann beispielweise bei Schadensfällen hilfreich sein, jedoch ergibt eine Wasserstoffanalytik allgemein nur eine Aussage über das Wasserstoffgefährdungspotenzial – wie die auch in der DIN 50 969 deutlich gemacht wird.

Vor dem Hintergrund der Vielzahl von Schadensfällen in der Vergangenheit wurden mögliche Ursachen diskutiert. Hier ist anzumerken, dass die Zahl der mit dem Phänomen der Wasserstoffversprödung verbundenen technischen Vorschriften immens ist. Es ist nicht möglich, dass ein galvanischer Betrieb all diese Regeln kennt und auch so nicht berücksichtigen kann. Es wäre für die Zukunft wünschenswert, sich auf wenige zentrale Normen wie etwa die DIN 50969 zu beziehen. Erforderlich ist ferner, dass Auftraggeber und -nehmer in einem Informationsaustausch alle erforderlichen Einzelheiten miteinander besprechen und im Auftragsvertrag entsprechend zur Sicherheit formulieren. Wenn diese Grundregeln eingehalten werden, sind die häufigsten Fehler vermeidbar.

Die Beiträge werden im Januar 2020 auf der Web-Seite des Arbeitskreises Wasserstoffversprödung im Mitgliederbereich eingestellt.