Einfluss des Kaltumformprozesses hochfester Schrauben auf die lokale Anfälligkeit gegenüber einer wasserstoffinduzierten (H) Spannungsrisskorrosion – Kalo-H-Korr
Influence of the cold-forming process of high-strength bolts on the local susceptibility to hydrogen-induced (H) stress corrosion cracking
Bewertung der Anfälligkeit von Stählen gegenüber wasserstoffinduzierter Spannungsrisskorrosion
Förderinstitution: IGF
Projektnummer: 01IF22465N
Projektbearbeiter: Dr. Michael Brilz
Projektlaufzeit: 01.07.2022 bis 30.06.2025
Kurzdarstellung
Der sichere Einsatz hochfester Werkstoffe ist eine Schlüsseltechnologie zur Ausschöpfung von Leichtbaupotenzialen und zur Erreichung von Emissionszielen. Bei hoher Werkstoffausnutzung muss gleichzeitig die Bauteilsicherheit gegenüber wasserstoffinduzierter Spannungsrisskorrosion (H-SpRK) gewährleistet sein, was bisher oft ein Hemmnis für den Einsatz hochfester Stähle in sicherheitskritischen Anwendungen darstellt. Insbesondere hochfeste Verbindungselemente wie Schrauben der Festigkeitsklassen 10.9 und 12.9 sind Sicherheitsbauteile, sodass die Gewährleistung der Bauteilsicherheit von besonderer Bedeutung ist.
Die Forschung konzentriert sich bisher auf Werkstoffoptimierungen, z. B. durch Mikrolegierungskonzepte, um Wasserstoff an Karbiden zu binden. Für Schrauben bis FK 12.9 kommen jedoch überwiegend bewährte Standardwerkstoffe zum Einsatz, für die die Norm DIN EN ISO 898-1 keine speziellen Anforderungen bezüglich H-SpRK stellt. Höherlegierte Werkstoffe für ultrahochfeste Schrauben ≥ FK 14.8 spielen hier praktisch keine Rolle. Die Kosten, Verfügbarkeit und notwendige Anpassung der Fertigungsprozesse erschweren ihren Einsatz.
Das Projekt „Kalo-H-Korr“ zielt darauf ab, den Einfluss des Kaltumformprozesses auf die lokale Korngröße ehemaliger Austenitkörner zu untersuchen, diese mit der Werkstoffanfälligkeit gegenüber H-SpRK zu korrelieren und daraus optimierte Fertigungsempfehlungen abzuleiten. Dies beinhaltet:
- Analyse und Optimierung des Kaltumformprozesses zur Erzeugung lokaler Kornfeinungen an kritischen Kerbstellen.
- Untersuchung des Einflusses von Schraubenabmessungen, Umformgrad und Umformstrategie auf Mikrostruktur und Werkstoffverhalten.
- Bestimmung von Wasserstoffdiffusionskoeffizienten (D_H) und bruchmechanischen Kennwerten (K_IHAC, K_Ic^H und K_Ic) zur Bewertung der H-SpRK-Anfälligkeit.
- Untersuchung des Rissfortschritts in Abhängigkeit von der lokalen Korngröße.
- Ableitung praktischer Empfehlungen zur Reduzierung der H-SpRK-Anfälligkeit.
Förderhinweis
Das IGF-Vorhaben 01IF22465N der Forschungsvereinigung Forschungsgesellschaft Stahlverformung e.V. (FSV) wurde im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Die Langfassung des Abschlussberichtes kann bei der FSV, Goldene Pforte 1, 58093 Hagen, angefordert werden.
