Dass Autos trotz Komfort- und Sicherheitszuwachs nicht immer schwerer werden, ist neuen Stählen zu verdanken. Hochfeste Mehrphasenstähle haben schon bei geringem Durchmesser eines Karosserieteils eine sehr hohe Festigkeit, und trotzdem noch Verformungsreserven, die bei einem Unfall dafür sorgen, dass sich das Teil verformt, nicht aber bricht. Durch Umformung während der Fertigung wächst die Festigkeit weiter. Dabei kommt aber auch eine Gefahr ins Spiel, die nur hochfeste Stähle betrifft: Gelangen Wasserstoffatome in den Stahl – sei es schon während der Herstellung oder später z.B. durch Luftfeuchtigkeit – kann es zur gefürchteten Wasserstoff induzierten Spannungsrisskorrosion kommen. Dabei treten ohne Vorwarnung Risse auf, das Bauteil versagt. Bisher lagen für moderne Stähle so gut wie keine Untersuchungen zu diesem Thema vor. Die RUB-Forscher um Prof. Dr. Michael Pohl und Dr.-Ing. Sebastian Kühn nahmen hochfeste Mehrphasenstähle unter die Lupe, immer mit der Frage im Hinterkopf: Ist der Effekt für den Autobau gefährlich?

Sorgenfrei im Autobau

Sie setzten verschiedene Stahlproben unter Wasserstoffeinfluss unterschiedlichen statischen Zugbelastungen aus. Die Zeit bis zum Versagen der Probe galt als Maß für die Wasserstoffempfindlichkeit. Trat nach langer Zeit kein Bruch auf, galt der Stahl als unempfindlich für die Wasserstoff induzierte Spannungsrisskorrosion. Die Forscher testeten verschiedene Beladungen mit Wasserstoff und erhielten so für jeden geprüften Stahl ein Schaubild, das seine Empfindlichkeit veranschaulicht. Daran können Autobauer ablesen, bis zu welcher Spannung ein Stahl eingesetzt werden darf, ohne dass die Rissbildung droht. Fazit: Bei im Autobau üblichen Belastungen von Bauteilen wären sehr hohe Wasserstoffgehalte im Stahl notwendig, um einen Riss zu induzieren – die Stähle sind weitgehend sorgenfrei im Autobau einsetzbar.

Theoretische Rechnungen helfen Gegenstrategien entwickeln

Forscher am Interdisciplinary Centre for Materials Simulation (ICAMS) gehen dem Treiben kleiner Atome in Stählen im Detail auf den Grund. Mit Hochleistungscomputern berechnen sie das Verhalten der Atome theoretisch für kleine Einheiten. Dank vergröberter Modelle können sie dann auch größere Stahlbereiche betrachten und Strategien entwickeln, die Schädigungsprozesse verhindern. Dafür kommen zum Beispiel verschiedene Legierungsatome in Frage, die für den Werkstoff „ungefährliche“ Positionen für kleine Atome attraktiver machen als „gefährliche“, an denen es schnell zu Rissen kommt.


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http://aktuell.ruhr-uni-bochum.de/pm2011/pm00328.html.de

Quelle: Ruhr-Universität Bochum  (10/2011)