Wasserstoffversprödung ist ein Phänomen, das hochfeste Stähle betrifft und unter bestimmten Bedingungen zu unerwartetem Versagen führt. Bei Schrauben stellt diese Art des Versagens ein kritisches Risiko dar, da sie die Sicherheit von Bauwerken und Befestigungselementen beeinträchtigt.
Was ist Wasserstoffversprödung?
Wasserstoffversprödung oder Hydrierung tritt auf, wenn Wasserstoff in die kristalline Struktur von Stahl eingebracht wird, was zu einem Verlust der Duktilität führt und die Neigung zum Sprödbruch erhöht.
Dieser Zustand kann in Verbindung mit Zugspannungen zu einem verzögerten Versagen der Schraube führen, d. h. zu einem Versagen, das Stunden oder Tage nach dem Einbau auftritt, ohne dass vorher sichtbare Anzeichen vorhanden sind.
Warum kommt es zum Versagen durch Wasserstoffversprödung?
Damit eine Schraube durch Wasserstoffversprödung versagen kann, müssen drei Faktoren gleichzeitig zusammentreffen:
- ein für Wasserstoffaufnahme anfälliger Werkstoff.
- Vorhandensein von Wasserstoff.
- Hohe Zugspannungen im Bauteil.
Anfälligkeit des Materials
Der Grad der Wasserstoffversprödung einer Schraube hängt von der Härte des Stahls ab. Es hat sich gezeigt, dass eine Wasserstoffversprödung wahrscheinlicher ist, wenn die Härte des Bauteils 390 HV übersteigt, da die Duktilität des Materials deutlich abnimmt und die Versprödung zunimmt.
Um dieses Problem zu vermeiden, wird empfohlen, dass Betonschrauben eine Härte von weniger als 350 HV haben.
Vorhandensein von Wasserstoff
Wasserstoff kann während der Herstellung des Stahls oder der Schraube oder durch Umwelteinflüsse in das Verbindungselement eingebracht werden.
Beanspruchung der Schraube
Der Grad der Beanspruchung durch die auf das Verbindungselement einwirkende äußere Last ist einer der Auslöser.
Arten der Wasserstoffversprödung
Es gibt zwei Hauptkategorien, je nach Quelle des Wasserstoffs:
Interne Wasserstoffversprödung (IHE)
Hierbei handelt es sich um den Restwasserstoff, der während der Produktionsphasen des Verbindungselements entsteht, insbesondere während der chemischen Beizphase und seiner Beschichtung.
Diese Schutzschicht verhindert, dass der Wasserstoff das Bauteil verlässt, da er dazu neigt, auf natürliche Weise zu diffundieren, so dass er im Bauteil eingeschlossen wird.
Wenn Wasserstoff im Stahl eingeschlossen ist, kann es innerhalb der ersten 48 Stunden nach dem Einbau zu einem Sprödbruch kommen, selbst bei Belastungen, die weit unter der Festigkeitsgrenze der Schraube liegen. Der Bruch erfolgt in Bereichen mit Spannungskonzentration, z. B. unter dem Kopf oder im Bereich des Gewindeanfangs.
Externe Wasserstoffversprödung (EHE)
Durch galvanische Korrosion im Betrieb kann Wasserstoff auch in das Innere des Bauteils eindringen.
Dieser Prozess tritt auf, wenn Schrauben feuchten oder aggressiven Umgebungen ausgesetzt sind und sich Wasserstoff an der Stahloberfläche bildet.
Maßnahmen zur Minimierung des Risikos der inneren Wasserstoffversprödung
Um die Wahrscheinlichkeit der Wasserstoffversprödung zu verringern, wendet die Industrie Verfahren wie folgt an:
- Dehydrierende Wärmebehandlungen (Brennen), bei denen Bolzen mit einer Härte von über 390 HV 8-10 Stunden lang Temperaturen von 190-220 °C ausgesetzt werden, um den zurückgehaltenen Wasserstoff zu entfernen.
- Ersatz des chemischen Beizens durch mechanisches Reinigen, um das Eindringen von Wasserstoff in die Struktur des Werkstoffs zu vermeiden.
Maßnahmen zur Minimierung des Risikos der externen Wasserstoffversprödung
Um die Wahrscheinlichkeit einer externen Wasserstoffversprödung zu verringern, empfehlen wir:
- Verwendung von Werkstoffen mit ähnlichem elektrolytischem Potenzial, um die galvanische Korrosion zu verringern.
- Entscheiden Sie sich für nicht-elektrolytische Beschichtungen, die Korrosionsschutz bieten, ohne dass die Gefahr der Einbringung von Wasserstoff besteht.
Wie Betonschrauben auf ihren Widerstand gegen Wasserstoffversprödung geprüft werden
Zur Zulassung von Betonschrauben und zur Sicherstellung ihrer Widerstandsfähigkeit gegen Wasserstoffversprödung werden produktspezifische Tests durchgeführt, um ihr Verhalten in Gegenwart von Wasserstoff sowohl von innen als auch von außen zu bewerten.
Darüber hinaus werden während der Herstellung strenge Qualitätskontrollen durchgeführt, um übermäßige Härtegrade zu vermeiden, die die Sicherheit des Produkts aufgrund eines Versagens durch Wasserstoffversprödung gefährden könnten.
