Was ist Spannungskorrosion und wie entsteht sie?
Spannungskorrosion, auch als Spannungsrisskorrosion bekannt, ist ein Phänomen, bei dem Risse in einem Werkstoff durch die Kombination von Zugspannung und einem korrosiven Medium entstehen. Diese Art der Korrosion betrifft vor allem bestimmte Metalllegierungen, die mechanischen Spannungen und aggressiven Chemikalien ausgesetzt sind.
Drei wesentliche Bedingungen müssen erfüllt sein:
- Zugspannung: Diese kann entweder von außen durch Belastungen oder als Eigenspannung im Material selbst vorhanden sein.
- Korrosives Medium: Dies sind chemische Substanzen wie Chloride, Ammoniak oder andere aggressive Chemikalien, die schützende Deckschichten auf der Materialoberfläche durchdringen und zerstören.
- Materialempfindlichkeit: Bestimmte Legierungen, insbesondere hochfeste Stähle, Aluminium- und Kupferlegierungen sowie einige Kunststoffe, sind anfälliger für Spannungskorrosion.
Die Rissbildung kann entweder entlang der Korngrenzen (interkristallin) oder durch die Körner des Gefüges (transkristallin) erfolgen. Besonders gefährdet sind Bereiche mit lokalen Konzentrationen von Zugspannungen und korrosiven Medien. Nachdem ein Riss initiiert ist, wächst er weiter, weil das Material an der Rissspitze kontinuierlich abgetragen wird, selbst wenn die allgemeine Oberflächenkorrosion nicht ausgeprägt ist.
Ein praktisches Beispiel ist die Brückenkonstruktion aus Stahl, wo Chlorid-Ionen aus Streusalz zusammen mit mechanischen Belastungen Risse verursachen können. Diese Risse breiten sich schnell aus und können zu einem katastrophalen Versagen der gesamten Struktur führen.
Die Geschwindigkeit der Rissausbreitung und die Zeit bis zum vollständigen Versagen eines Bauteils variieren je nach Höhe der Zugspannungen, der Konzentration des korrosiven Mediums und dem Grad der Kaltverfestigung des Materials. Das Versagen kann binnen Minuten oder erst nach Jahren eintreten. Die Wahl des richtigen Materials und Schutzmaßnahmen gegen korrosive Einflüsse sind entscheidend, um die strukturelle Integrität von Bauteilen langfristig sicherzustellen.
Lösungsansätze gegen Spannungskorrosion
Um Spannungskorrosion erfolgreich zu verhindern, müssen Sie mindestens eine der drei erforderlichen Bedingungen – Zugspannungen, empfindliche Werkstoffe oder korrosive Medien – ausschließen. Hier sind einige bewährte Vorgehensweisen:
Reduzierung der Zugspannung
Durch verschiedene Verfahren können Sie sowohl externe als auch interne Zugspannungen in Werkstoffen mindern:
- Spannungsarmglühen: Eine gezielte Wärmebehandlung baut im Material vorhandene Eigenspannungen ab. Dies ist besonders nach einer Kaltverformung von mehr als 12 % effektiv.
- Konstruktive Anpassungen: Vermeiden Sie hohe Spannungskonzentrationen bei der Gestaltung von Bauteilen. Runde Formen und sanfte Übergänge sind weniger stressempfindlich als scharfe Kanten.
- Montagetechniken: Achten Sie darauf, während der Installation zusätzliche Zugspannungen zu vermeiden. Dies erfordert sorgfältige Handhabung und ggf. spezielle Werkzeuge oder Techniken.
Schutz vor Korrosionsmedien
Verhindern Sie den Kontakt zwischen empfindlichen Werkstoffen und korrosiven Medien:
- Oberflächenbeschichtungen: Durch das Auftragen geeigneter Schutzschichten wird verhindert, dass korrosive Stoffe auf die Materialoberfläche gelangen. Die Auswahl der Beschichtung muss auf das spezifische Angriffsmittel und den Werkstoff abgestimmt sein.
- Kontrollierte Lagerbedingungen: Lagern Sie Materialien in Umgebungen, die möglichst frei von aggressiven Medien sind. Trockene und saubere Räume oder spezielle atmosphärische Bedingungen können erforderlich sein.
- Regelmäßige Reinigung: Entfernen Sie regelmäßig potenziell korrosive Rückstände, um die Angriffsbedingungen nachhaltig zu minimieren.
Verwendung unempfindlicher Werkstoffe
Die Auswahl eines geeigneten Materials kann entscheidend sein, um Spannungskorrosion zu vermeiden:
- Korrosionsbeständige Legierungen: Je nach den spezifischen Anforderungen können Sie aus verschiedenen korrosionsbeständigen Legierungen wählen. Diese wurden für besondere Anwendungen und korrosive Umgebungen entwickelt und bieten effektiven Schutz.
- Kunststoffe: Auch bei Kunststoffen muss die Beständigkeit gegenüber Korrosionsmedien berücksichtigt werden. Beispielsweise sollten Kunststoffdübel für Beton an die spezifischen Bedingungen angepasst werden, um Schäden durch Alkalien zu vermeiden.
Durch eine sorgfältige Kombination dieser Maßnahmen können Sie die Entstehung von Spannungskorrosion effektiv kontrollieren und die Lebensdauer Ihrer Bauteile verlängern.
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