Förderinstitution: AiF/FSV
Projektnummer: 19218 N

Kurzdarstellung

Nur der Einsatz hochfester Schrauben ermöglicht eine signifikante Reduzierung des Materialeinsatzes und damit die Ausschöpfung des Leichtbaupotenzials. Damit stellt der sichere Einsatz hochfester Schrauben eine Schlüsseltechnologie in der Umsetzung von Leichtbaupotenzialen dar.

Generell gelten hochfeste Schrauben ab der Festigkeitsklasse (FK) 10.9 als anfällig gegenüber H-SpRK. Die bisherigen Versuchsführungen zur Bewertung der Anfälligkeit auf Grundlage mechanischer Verspannversuche basieren darauf, dass es sich bei H-SpRK um einen diffusionsgesteuerten Schädigungsmechanismus handelt. Daraus ergeben sich als signifikanter Nachteil die langen Versuchsdauern – üblicherweise 24h bis 200h –, so dass keine schnelle und kurzfristige Aussage zur Anfälligkeit möglich und damit deren Anwendbarkeit zur Prozessüberwachung in der Praxis eingeschränkt ist. Weiterhin liefern die Verspannversuche lediglich eine Aussage zu dem in Abbildung 1 dargestellten Gesamtsystem und nicht zur Anfälligkeit des Werkstoffs selbst, so dass für die heute verwendeten Schraubenwerkstoffe und deren Werkstoffzustände keine wissenschaftlich-technisch abgesicherten Daten vorliegen, um deren Anfälligkeit gegenüber H-SpRK zu bewerten.

Die im Forschungsprojekt erzielten Ergebnisse legen die Grundlage für eine Bewertung und Abschätzung der Anfälligkeit gegenüber H-SpRK in Abhängigkeit vom verwendeten Werkstoff und der Wärmebehandlung. Im Fokus stehen dabei typische Schraubenwerkstoffe für hoch- und höchstfeste Schrauben (legierte Vergütungsstähle: Mn-B-, Cr-B-, Cr-Mo- und Cr-Ni-Mo-Stähle). Die Bewertung basiert auf der Identifikation von Wasserstofffallen und der Ermittlung der entsprechenden Bindungsenergien mittels der thermischen Desorptionsanalyse (TDA). Die TDA erlaubt eine präzise Analyse der Wirksamkeit von Fallen (engl.: Trap), d.h. der Trapwirkung bzw. der Trapeffizienz für aufgenommenen Wasserstoff, indem die Bindungsenergien des Wasserstoffs und dessen Verteilung auf die verschiedenen Fallenniveaus in Abhängigkeit von Werkstoff, Vergütungszustand und Mikrostruktur bestimmt werden. In Kombination mit der erfassten Affinität zur H-Aufnahme lässt sich daraus ein direkter Rückschluss auf die Anfälligkeit gegenüber H-SpRK ableiten. Ein signifikanter Vorteil der TDA ist die kurze Messzeit (30 min bis 1h pro Effusionsprofil). Damit liefert das Projekt einen wichtigen Beitrag zur Erhöhung der Prozesssicherheit bei der Schraubenherstellung und schafft die Voraussetzungen für den sicheren Einsatz hochfester Stahlwerkstoffe. Insbesondere lassen sich dadurch auch Maßnahmen, wie optimierte Werkstoffauswahl oder der Wärmebehandlungsprozess hinsichtlich ihrer Wirksamkeit und ihrer Notwendigkeit bewerten.