Mechanisms of hydrogen‐induced cracking in high‐strength screws

Abstract

Low alloyed high strength steels with yield strength above 1200 MPa are increasingly implemented for the reduction of the component weight in the automotive industry. This material type is known for its susceptibility to hydrogen assisted cracking. Both, manufacturing process induced and hydrogen induced embrittlement during component operation have to be considered. The aim of this study was to evaluate the impact of different zinc-containing topcoats on hydrogen re-embrittlement. The susceptibility of high strength fasteners (strength class 12.9) with various zincbased topcoats (electroplated zinc, electroplated zinc-nickel, galvanized zinc and zinc-flake) were tested under various corrosive environmental conditions. It is shown that the zinc-containing topcoats impose a different susceptibility on hydrogen reembrittlement. Under the tested environmental conditions, fasteners with electroplated zinc revealed a decrease in the fracture load compared to the heat treated black specimen. In contrast to that, an electroplated zinc-nickel topcoat demonstrated a failure at the loads slightly exceeding the fracture load of the uncoated specimen.Keywords: Hydrogen re-embrittlement / zinc-based coatings / step-load-test / low alloyed high strength steel Hochfeste Stähle mit einer Zugfestigkeit von über 1200 MPa werden aufgrund ihres Leichtbaupotenzials beispielsweise in der Automobilindustrie zur Gewichtsreduzierung eingesetzt. Bedingt durch die Festigkeitseigenschaften besitzt diese Werkstoffgruppe allerdings per se eine gewisse Anfälligkeit gegenüber dem Schadensmechanismus der wasserstoffinduzierten Rissbildung (fertigungs-als auch betriebsbedingt). Ziel dieser Arbeit war es den Einfluss zinkbasierter Deckschichtsysteme auf das korrosionsbedingte Wasserstoffgefährdungspotenzial zu untersuchen. Die Anfälligkeit einer hochfesten Schraube (Festigkeitsklasse 12.9) mit unterschiedlichen Zinküberzugssysteme (galvanisch Zink; galvanisch Zinknickel, thermisch Zink und Zinklamelle) wurde unter verschiedenen korrosiven Bedingungen ausgelagert. Unter den getesteten Bedingungen konnte gezeigt werden, dass die Deckschichtsysteme einen Einfluss auf das korrosionsbedingte Wasserstoffgefährdungspotenzial ausüben. Verglichen mit einer unbeschichteten Schraube erhöhen die Deckschichtsysteme galvanisch Zink sowie thermisch Zink das korrosionsbedingte Wasserstoffgefährdungspotenzial. Dahingegen konnte für die Systeme Zinknickel sowie Zinklamelle kein negativer Einfluss festgestellt werden.Schlüsselwörter: Korrosionsbedingte Wasserstoffversprödung / Zinküberzugssysteme / Laststeigerungsversuch / Vergütungsstahl / hochfester Stahl