Wasserstoff-Versprödung (HEE) von additiv gefertigtem (AM) 316 L Stahl

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Astrid Pundt; Dr. Stefan Wagner
• Fachliche Zuordnung: Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 531613510

Additiv gefertigter (AM) Stahl mit seinen herausragenden mechanischen Eigenschaften infolge der Kombination von hoher Festigkeit und Duktilität bietet das Potenzial zur Gewichtsreduzierung und endkonturnahen Fertigung von Konstruktionsteilen. In Wasserstoff- Umgebungen gehört 316L-Stahl aufgrund seiner inhärenten Beständigkeit gegen Wasserstoffversprödung (hydrogen environmental embrittlement, HEE) zu den am häufigsten eingesetzten Konstruktionsmaterialien. Während die Zahl der Veröffentlichungen zu grundlegenden strukturellen und mechanischen Eigenschaften von AM316L rapide zunimmt, ist bis heute wenig über dessen Wechselwirkung mit Wasserstoff bekannt. Die mechanischen Eigenschaften von AM316L resultieren aus seiner einzigartigen, defektreichen Mikrostruktur mit skalenübergreifenden Charakteristika wie Schmelzbadgrenzen, Großwinkelkorngrenzen, Poren und Versetzungen hoher Dichte in Subkorn-Zellnetzwerken sowie verformungsinduzierten Strukturen wie Versetzungen und Zwillingen oder neugebildeten Phasen wie Martensit. Wasserstoff (H) verändert die Eigenenergien der Defekte, zum Beispiel durch die Absenkung der Bildungsenergie mikrostruktureller Defekte wie Versetzungen, Stapelfehler und Risse im Material. Dies kann zu einem vorzeitigen und katastrophalen Versagen von Bauteilen führen. Erste Studien haben bereits gezeigt, dass AM316L durch das Vorhandensein von Wasserstoff negativ beeinflusst wird und eine verringerte Resistenz gegen HEE besitzt. Dieses Projekt zielt darauf ab, die HEE-Empfindlichkeit von AM316L auf unterschiedlichen Längenskalen hinunter bis in den Nanometerbereich zu untersuchen. Die Kernhypothese ist hier, dass die veränderte HEE-Suszeptibilität aus der einzigartigen Mikrostruktur des AM-Materials erwächst, wobei spezifische dominante Defekttypen hauptsächlich für HEE verantwortlich sind. In diesem Projekt wollen wir diese Defekttypen ermitteln und die wichtigsten Versprödungsmechanismen in AM316L verstehen. Durch sukzessive Defekt-Reduzierung wollen wir die HEE-Empfindlichkeit von AM316L dann verbessern und dabei gleichzeitig die überlegenen mechanischen Eigenschaften des AM-Materials so weit wie möglich erhalten. Wir wollen mit diesem Projekt zum grundlegenden Verständnis der H-Versprödung von AM316L beitragen. Dieses Wissen soll Verbesserungen des Grundmaterials und das Design von AM316L-Konstruktionsteilen ermöglichen, die für Wasserstoffumgebungen ausgelegt sind.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen