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aktualisiert am 21. April 2021

ISBN 9783843945431

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978-3-8439-4543-1, Reihe Ingenieurwissenschaften

Markus Schürmann
Untersuchungen zum Einfluss oxidischer nichtmetallischer Einschlüsse auf wasserstoffinduzierte Schädigungen in niedriglegierten Stählen

196 Seiten, Dissertation Universität Duisburg-Essen (2020), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Das Ziel dieser Untersuchung ist es, den Einfluss nichtmetallischer Einschlüsse auf die wasserstoffinduzierte Schädigung eines niedriglegierten bainitischen Stahls unter Wasserstoffbeladung ohne äußere mechanische Spannung (HIC) zu bestimmen. Zu diesem Zweck wurden Stahlproben mit unterschiedlichen Graden an Verunreinigungen durch nichtmetallische Einschlüsse mittels Ultraschall, Licht- und Rasterelektronenmikroskopie sowie der SILENOS-Technologie charakterisiert. Zur Bewertung der Rissinitiierung und Rissausbreitung wurden HIC-Tests mit verschiedenen Beladungsbedingungen durchgeführt und ausgewählte Proben metallographisch untersucht. Das Diffusionsverhalten von Wasserstoff in der Nähe von nichtmetallischen Einschlüssen wurde mit Hilfe von kathodischer Wasserstoffbeladung und anschließender Trägergasheißextraktion (TGHE) sowie mit mehrstufigen Wasserstoffpermeationsexperimenten bewertet. Die Rissneigung und der diffusible Wasserstoffgehalt nach der Wasserstoffbeladung steigen mit dem Grad der Verunreinigung durch nichtmetallische Einschlüsse an. Es wurde eine kritische Einschlussgröße von 28 µm für die Rissinitiierung unter NACE A-Testbedingungen ermittelt. Die TGHE-Messungen bestätigen die höhere HIC-Anfälligkeit durch eine Herabsetzung der kritischen Wasserstoffkonzentration von 1,30 ml H2/(100g Fe) auf 0,48 ml H2/(100g Fe). Die vollständige Wasserstoffeffusion bis 250°C deutet darauf hin, dass bei subkritischer Wasserstoffbeladung die Grenzflächen, Spannungsfelder und Einpassungsversetzungen nichtmetallischer Einschlüsse als reversible Falle wirken. Es konnte kein signifikanter Einfluss vorhandener Verunreinigungen auf die makroskopisch messbare Diffusionsgeschwindigkeit nachgewiesen werden. Unterschiede in den Diffusionskoeffizienten wurden durch verschiedene Gefügeausprägungen verursacht. Erst unter schärferen Beladungsbedingungen wurde die Wasserstoffpermeation durch Riss- und Hohlraumbildung an nichtmetallischen Einschlüssen messbar verlangsamt.