Was ist Spannungsrisskorrosion und wie entsteht sie?
Spannungsrisskorrosion (SRK) ist eine besondere Form der Korrosion, bei der metallische Werkstoffe in einer korrosiven Umgebung unter Zugspannung Risse entwickeln. Diese Risse können entlang der Korngrenzen (interkristallin) oder durch die Körner des Gefüges (transkristallin) verlaufen. SRK entsteht, wenn drei Bedingungen gleichzeitig erfüllt sind: eine anfällige Materialstruktur, Zugspannungen und ein korrosionsförderndes Medium.
Entscheidend für die Entstehung von Spannungsrisskorrosion ist, dass die Risse oft ohne sichtbare äußere Korrosionsspuren und mit minimaler Verformung auftreten. Die Rissbildung erfolgt durch eine oft sehr geringe Konzentration aggressiver Chemikalien in der Umgebung. Häufig betroffene Materialien sind bestimmte austenitische Stähle, Kupfer-Zink-Legierungen wie Messing sowie Aluminiumlegierungen. Die interkristalline Rissbildung kann besonders bei Temperaturen zwischen 450 °C und 750 °C auftreten, wenn Chromkarbide in austenitischem Stahl an den Korngrenzen ausgeschieden werden.
Die Zugspannungen, die zur Spannungsrisskorrosion beitragen, entstehen durch äußere mechanische Belastungen oder innere Eigenspannungen, die aus Fertigungsprozessen resultieren können. Ein klassisches Beispiel ist der Einsatz in Spannbetonbauteilen oder metallischen Konstruktionen, die verschiedenen Lasten ausgesetzt sind. Spontane Materialbrüche sind oft die Folge, was in strukturellen Anwendungen zu schwerwiegenden Schäden führen kann.
Methoden zur Vermeidung von Spannungsrisskorrosion
Um Spannungsrisskorrosion zu verhindern, sollten Sie eine der drei notwendigen Bedingungen ausschließen: das korrosive Medium, die Zugspannungen oder die Anfälligkeit des Werkstoffs. Hier sind einige bewährte Methoden:
Kontaktvermeidung mit korrosiven Medien
Schützen Sie den Werkstoff vor dem Kontakt mit korrosiven Medien:
- Beschichtungen und Schutzüberzüge: Verwenden Sie Schutzbeschichtungen für Stahl in chloridhaltigen Umgebungen oder Aluminiumlegierungen.
- Chemische Abschirmung: Vermeiden Sie den Kontakt von Kupfer-Zink-Legierungen mit Ammoniakquellen und anderen aggressiven Chemikalien wie Ammoniumsalze, Schwefeldioxid und Quecksilbersalze.
Reduzierung der Zugspannungen
Minimieren oder beseitigen Sie die Zugspannungen im Material:
- Wärmebehandlung: Spannungsarmglühen kann Eigenspannungen, insbesondere nach Kaltverformung, reduzieren.
- Optimierte Konstruktion: Gestalten Sie Bauteile so, dass Stresskonzentrationen vermieden werden und die Zugspannungsbelastung gering bleibt.
Einsatz widerstandsfähiger Werkstoffe
Wählen Sie Werkstoffe, die widerstandsfähig gegen Spannungsrisskorrosion sind, basierend auf der chemischen Umgebung und den mechanischen Belastungen:
- Korrosionsbeständige Materialien: Verwenden Sie Duplex- oder Superduplexstähle in chloridhaltigen Umgebungen.
- Alternative Werkstoffe: In Gegenwart von Ammoniak können bestimmte Kunststoffe eine Alternative zu Kupfer-Zink-Legierungen darstellen. Beachten Sie jedoch die spezifischen Korrosionsbedingungen, denen auch Kunststoffe ausgesetzt sein können.
Durch die Anwendung dieser Maßnahmen können Sie die Langlebigkeit und Zuverlässigkeit Ihrer Werkstoffe und Bauteile erhöhen und das Risiko von Spannungsrisskorrosion deutlich minimieren.
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