Warum hochfeste Schrauben (Festigkeitsklasse 12.9) versagen: Wasserstoffversprödung verstehen
Hauptmerkmale / Warum das wichtig ist
- Schrauben der Festigkeitsklasse 12.9 bestehen aus vergütetem legiertem Stahl.
- Die hohe Festigkeit resultiert aus einem gehärteten Mikrogefüge.
- Eine erhöhte Härte erhöht auch die Empfindlichkeit gegenüber inneren Brüchen.
- Deutlich höheres Risiko der Wasserstoffversprödung im Vergleich zu 8,8 oder 10,9
- Ausfälle treten oft ohne sichtbare Vorwarnung auf.
Was die 12.9. Klasse so besonders macht
Schrauben der Festigkeitsklasse 12.9 werden aus vergütetem legiertem Stahl hergestellt. Ihre hohe Festigkeit resultiert aus einem gehärteten Mikrogefüge.
Diese Stärke hat ihren Preis.
Mit zunehmender Härte wird das Material anfälliger für bestimmte Versagensarten – insbesondere solche, die mit inneren Spannungen und Mikrorissen einhergehen. Wasserstoffversprödung steht dabei an erster Stelle.
Befestigungselemente mit niedrigerer Festigkeitsklasse wie 8.8 oder 10.9 sind weniger anfällig. Bei 12.9 steigt das Risiko sprunghaft an.
Was Wasserstoffversprödung eigentlich ist
Wasserstoffversprödung tritt auf, wenn Wasserstoffatome in den Stahl eindringen und ihn von innen schwächen.
Diese Atome sind winzig. Sie diffundieren bei Prozessen wie den folgenden in das Metall:
- Galvanisierung (Zinkplattierung ist eine häufige Ursache)
- Säurebeize oder Reinigung
- Korrosive Serviceumgebungen
Im Inneren wandert der Wasserstoff zu beanspruchten Bereichen – Gewindegrund, unter dem Schraubenkopf, überall dort, wo Spannungen konzentriert sind. Mit der Zeit verringert er die Duktilität und führt zur Rissbildung.
Das Ergebnis ist ein Sprödbruch. Die Schraube versagt bei Belastungen, die weit unter ihrer Nennlast liegen.
Anwendungen
- Hochleistungsbaugruppen für die Automobilindustrie
- Verbindungen für schwere Maschinen
- Stahlkonstruktionsverbindungen
- Hochleistungs-Industrieanlagen
- Situationen, die eine hohe Vorspannung beim Befestigen erfordern
Warum Misserfolge „plötzlich“ erscheinen
Wasserstoffversprödung ist aufgrund des Zeitpunkts schwer zu erkennen.
Die Schraube lässt sich problemlos anbringen. Sie hält stunden-, tage-, manchmal wochenlang. Dann, ohne Vorwarnung, löst sie sich.
Dies wird als verzögerte Fraktur bezeichnet.
Es gibt in der Regel keine sichtbare Warnung:
- Kein starker Rost
- Nicht biegen oder dehnen
- Keine Anzeichen von Überlastung
Von außen sieht es aus wie ein unerklärlicher Bruch. Im Inneren hat sich der Schaden seit der Installation aufgebaut.
Spezifikationen / Käuferüberlegungen
Das Problem ist in der Regel nicht die Schraube selbst, sondern das, was mit ihr geschieht.
Häufige Risikofaktoren:
- Galvanische Beschichtungen ohne ordnungsgemäße Nachbehandlung
- Kein Backen (Enthydrierung) nach der Galvanisierung
- Hohe Eigenspannungen aus der Fertigung
- Hohe Vorspannung während der Installation
Die galvanische Verzinkung ist ein klassisches Beispiel. Sie wird häufig zum Korrosionsschutz eingesetzt, führt aber zur Bildung von Wasserstoff. Werden die Bolzen anschließend nicht ausgeheizt, um den Wasserstoff zu entfernen, bleibt dieser eingeschlossen.
Wie man das Risiko kontrolliert:
- Backen nach dem AnrichtenWärmebehandlung nach der Galvanisierung zur Freisetzung von Wasserstoff
- Alternative BeschichtungenZinklamellen-/Dacromet-Systeme
- ProzesssteuerungStrenge Kontrolle der Reinigungs- und Beschichtungsschritte
- Designbewusstsein: Vermeiden Sie übermäßige Vorlast und Spannungskonzentration
Besondere Aufmerksamkeit ist geboten, wenn:
- Verwendung von Schrauben der Festigkeitsklasse 12.9 mit galvanischer Beschichtung
- Hohe Vorspannung oder zyklische Belastung sind beteiligt
- Ein Ausfall wäre teuer oder schwer zu erkennen.
- Die Umgebung erhöht den Korrosionsstress.
Abschluss
Schrauben der Güteklasse 12.9 bieten zwar eine hohe Leistungsfähigkeit, sind aber auch anfällig für Versagensmechanismen wie Wasserstoffversprödung.
Das Problem tritt nicht während der Installation auf. Es entwickelt sich erst später im Material und an den Oberflächen, oft ohne Vorwarnung.
Die Wahl der richtigen Beschichtung, die Kontrolle der Produktionsprozesse und das Verständnis der Anwendung – all das ist wichtig.
Bei hochfesten Verbindungselementen geht es bei der Zuverlässigkeit nicht nur um Festigkeit, sondern auch darum, wie diese Festigkeit kontrolliert wird.
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