Simulation von Wasserstoffdiffusion und Rißwachstum infolge wasserstoffinduzierter Spannungsrißkorrosion mit einer Analyse der Kopplungsphänomenologie

Bereits durch die atmosphärische Umgebung und insbesondere in wäßrigen Lösungen sind Bauteile einem wasserstoffhaltigen Medium ausgesetzt. Vor allem für hochfeste Stähle kann dies zur sogenannten wasserstoffinduzierten Spannungsrißkorrosion führen. Die Beschreibung dieses Sachverhaltes erfordert sowohl die Auswertung der Stoff transportprozesse als auch der mechanischen Vorgänge unter Einbezug der herrschenden Wechselwirkungen. In dieser Arbeit wird die Simulation der wasserstoffinduzierten Spannungsrißkorrosion mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode (FEM) realisiert. Das Modell wird in die Teilgebiete Oberflächenkinetik, Diffusion, Deformation und Rißwachstum unterteilt.

Die simultane Lösung des Stofftransport- sowie des mechanischen Deformations- und Schädigungsproblems ermöglicht die Untersuchung der eingesetzten Kopplungsmodelle, die ausschlaggebend für die wasserstoffinduzierte Materialdegradation sind. Daher ist die Analyse und Auswertung der Kopplungsphänomenologie neben der Simulation des Vorgangs der wasserstoffinduzierten Spannungsrißkorrosion ein wesentlicher Bestandteil dieser Arbeit. Anhand von theoretisch und experimentell ermittelten Rißwiderstandskurven sowie Spannungsintensitätsfaktoren erfolgt die Erfassung der Rißwiderstandsverminderung durch den atomar gelösten Wasserstoff. Die Modellvalidierung wird durch den Vergleich der Ergebnisse aus Simulation und experimentellen Untersuchungen, bestehend aus Bruchmechanikversuchen an Kompaktzugproben in einer Korrosionsumgebung, vorgenommen.