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Wasserstoffversprödung

1875-01-01
  • W. H. Johnson
Metallurge, der in der Materialwissenschaft hochfesten Stahl auf Wasserstoffversprödung untersucht.

(Abbildung dient nur zur Veranschaulichung)

Wasserstoffversprödung (HE) ist ein Prozess, bei dem Metalle, vor allem hochfeste Stähle, spröde werden und brechen, wenn sie Wasserstoff ausgesetzt werden. Atomarer Wasserstoff diffundiert in das Metallgitter und verringert dessen Duktilität und die Tragfähigkeit. Zu den wichtigsten vorgeschlagenen Mechanismen gehören die wasserstoffverstärkte Dekohäsion (HEDE), die atomare Bindungen schwächt, und die wasserstoffverstärkte lokalisierte Plastizität (HELP), die Versetzungsbewegungen und lokales Versagen begünstigt.

Der technische Kontext der Wasserstoffversprödung besteht darin, dass atomares Wasserstoffatom in ein anfälliges Material eindringt, oft unter Zugspannung. Wasserstoffquellen sind vielfältig und umfassen Herstellungsprozesse wie Galvanisieren, Schweißen und Beizen sowie Betriebsumgebungen mit Korrosion oder Wasserstoffgas unter hohem Druck. Im Metall können die sehr kleinen Wasserstoffatome schnell durch das Kristallgitter diffundieren. Sie neigen dazu, sich an Spannungskonzentrationen wie Rissspitzen, Korngrenzen und Einschlüssen anzusammeln.

Das HEDE-Modell geht davon aus, dass diese Wasserstoffansammlung die zur Trennung von Metallatomen erforderliche Kohäsionsenergie senkt und so spröde Brüche entlang kristallographischer Ebenen oder Korngrenzen fördert. Im Gegensatz dazu geht das HELP-Modell davon aus, dass Wasserstoff die Beweglichkeit von Versetzungen erhöht, was zu intensiver, lokaler plastischer Verformung und der Bildung von Mikrohohlräumen führt, die sich zu einem Riss verbinden. Heute wird allgemein angenommen, dass beide Mechanismen, je nach Material, Temperatur und Wasserstoffkonzentration, manchmal gleichzeitig wirken können. Dieses Verständnis war eine bedeutende Neuerung, die die Betrachtung des Bruchs von einem rein mechanischen Prozess zu einem Prozess verlagerte, der stark von chemischen Wechselwirkungen auf atomarer Ebene beeinflusst wird, und die Art und Weise, wie hochfeste Materialien konstruiert und geschützt werden, grundlegend veränderte.

UNESCO Nomenclature: 3308
- Werkstoffkunde

Typ

Physikalischer Prozess

Störung

Wesentliche

Verwendung

Weitverbreitete Verwendung

Vorläufer

  • Entdeckung des Elements Wasserstoff durch Henry Cavendish
  • Entwicklung der Atomtheorie durch John Dalton
  • Verständnis der Kristallographie und der Metallgitterstrukturen
  • frühe Beobachtungen von Metallfehlern in industriellen Prozessen wie dem Beizen mit Säure
  • Entwicklung mechanischer Prüfverfahren zur Messung von Duktilität und Festigkeit

Anwendungen

  • Entwicklung wasserstoffbeständiger Legierungen für Pipelines und Lagertanks
  • Richtlinien zum Schweißen und Galvanisieren hochfester Stähle zur Vermeidung der Wasserstoffaufnahme
  • Designkriterien für Komponenten in der Petrochemie und der Luft- und Raumfahrtindustrie
  • Fehleranalyse von Schrauben, Schweißnähten und Strukturkomponenten, die korrosiven Umgebungen ausgesetzt sind

Patente:

NA

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Verwandt mit: Wasserstoffversprödung, Stahl, Duktilität, Bruch, HELP, HEDE, Diffusion, Korrosion, Fehleranalyse, Metallurgie.

Historischer Kontext

Wasserstoffversprödung

1850
1850
1867
1875-01-01
1881
1884
1890
1850
1850
1860
1870
1876
1882-01-01
1886-04-23
1890

(wenn das Datum unbekannt oder nicht relevant ist, z. B. „Strömungsmechanik“, wird eine gerundete Schätzung seines bemerkenswerten Auftretens bereitgestellt)

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