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48,80 €ISBN 978-3-8440-7070-5Softcover184 pages82 figures246 g21 x 14,8 cmGermanThesis
December 2019
Gregor Manke
Local Hydrogen Analysis – mobile Analysemethode zum zerstörungsfreien Nachweis von Wasserstoff in Stahl
In der Technik gibt es den Trend zur Verwendung von immer hochfesteren Stählen mit Zugfestigkeiten im Bereich ab 1000 MPa. Bei diesen hohen Festigkeiten steigt die Gefahr der Wasserstoffversprödung rasant an, die zum plötzlichen, katastrophalen Versagen der Bauteile führt.
Deswegen ist es notwendig, sowohl bei der Bauteilherstellung als auch im Betrieb die notwendigen Randbedingungen für einen sicheren Einsatz zu kennen. Hierfür werden vor allem zerstörende Wasserstoffanalysemethoden verwendet. Hierfür ist es notwendig, definierte Proben zu entnehmen und zu präparieren.
Aus diesem Grund wird ein zerstörungsfreies und vor allem mobiles Verfahren entwickelt. Diese Local Hydrogen Analysis (LHA) erlaubt es, den schädlichen Wasserstoffanteil in Stahl zu bestimmen. Dafür müssen die Werte der Wasserstoffmessungen im sub-ppm-Bereich hochgenau und reproduzierbar analysiert werden. Grundlage dafür ist ein Drei-Elektroden-Aufbau, der den Oxidationsstrom einer Stahloberfläche misst. Zur Interpretation und Einordnung der Ergebnisse werden die Stähle 100Cr6, C60 und X2CrMoTi18-2 untersucht und die Ergebnisse von LHA und HCA verglichen. In den Grundlagenuntersuchungen zeigt sich, dass mit der HCA identische Ergebnisse erzielt werden, wie sie die Diffusionsgesetze auch vorhersagen.
Die in dieser Arbeit entwickelte Auswertemethodik lässt für die LHA folgende Rückschlüsse zu: Bei einer homogenen Wasserstoffverteilung in den Proben ergeben sich die gleichen Wasserstoffgehalte, sowohl mit LHA als auch mit HCA gemessen. Werden durch Belade-versuche Wasserstoffkonzentrationsprofile eingestellt, existieren im oberflächennahen Randbereich höhere Wasserstoffgehalte als in der Bauteilmitte. Mit der LHA lässt sich dieser Unterschied auflösen. Dabei liegt die Reproduzierbarkeit bei <0,1 ppm.
Deswegen ist es notwendig, sowohl bei der Bauteilherstellung als auch im Betrieb die notwendigen Randbedingungen für einen sicheren Einsatz zu kennen. Hierfür werden vor allem zerstörende Wasserstoffanalysemethoden verwendet. Hierfür ist es notwendig, definierte Proben zu entnehmen und zu präparieren.
Aus diesem Grund wird ein zerstörungsfreies und vor allem mobiles Verfahren entwickelt. Diese Local Hydrogen Analysis (LHA) erlaubt es, den schädlichen Wasserstoffanteil in Stahl zu bestimmen. Dafür müssen die Werte der Wasserstoffmessungen im sub-ppm-Bereich hochgenau und reproduzierbar analysiert werden. Grundlage dafür ist ein Drei-Elektroden-Aufbau, der den Oxidationsstrom einer Stahloberfläche misst. Zur Interpretation und Einordnung der Ergebnisse werden die Stähle 100Cr6, C60 und X2CrMoTi18-2 untersucht und die Ergebnisse von LHA und HCA verglichen. In den Grundlagenuntersuchungen zeigt sich, dass mit der HCA identische Ergebnisse erzielt werden, wie sie die Diffusionsgesetze auch vorhersagen.
Die in dieser Arbeit entwickelte Auswertemethodik lässt für die LHA folgende Rückschlüsse zu: Bei einer homogenen Wasserstoffverteilung in den Proben ergeben sich die gleichen Wasserstoffgehalte, sowohl mit LHA als auch mit HCA gemessen. Werden durch Belade-versuche Wasserstoffkonzentrationsprofile eingestellt, existieren im oberflächennahen Randbereich höhere Wasserstoffgehalte als in der Bauteilmitte. Mit der LHA lässt sich dieser Unterschied auflösen. Dabei liegt die Reproduzierbarkeit bei <0,1 ppm.
Keywords: Wasserstoffanalyse; lokale Wasserstoffanalyse; Wasserstoffversprödung; verzögerte Rissbildung; hochfeste Stähle
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