Comparative study of the testing approaches for the susceptibility of high-strength fasteners to environmental hydrogen embrittlement (EHE)

Olesya Gosheva; Georg Andersohn; Matthias Oechsner

doi:10.3139/120.111147

Artikel

Comparative study of the testing approaches for the susceptibility of high-strength fasteners to environmental hydrogen embrittlement (EHE)

Olesya Gosheva , Georg Andersohn und Matthias Oechsner

Veröffentlicht/Copyright: 28. Februar 2018

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Aus der Zeitschrift Materials Testing Band 60 Heft 3

Abstract

Low-alloyed, high-strength steels with yield strength above 1200 MPa are frequently used in the automotive industry, in order to reduce the weight of the components. However, hydrogen embrittlement susceptibility is often a concern for this group of materials. Hydrogen can be produced on the metal surface, as a result of electrochemical corrosion reaction during service. The aim of this study is to evaluate the impact of the various loading procedures according to the existing technical specifications for environmental hydrogen embrittlement (EHE) testing. The hydrogen embrittlement susceptibility of high strength fasteners (strength class 14.8) was tested according to the well-established testing specifications: DIN 50969-2, DIN EN ISO 7539, ASTM F1624-12 in 5 wt.-% sodium chloride solution acidified to pH 3 with hydrochloric acid. Open circuit potential measurements were carried out during the testing procedure to gain understanding of the damage process in each of the testing approaches. Under the chosen testing conditions, rising step load (RSL) testing approach, specified in ASTM F1624-12, appeared as the most sensitive method for the evaluation of the material's hydrogen embrittlement susceptibility.

Kurzfassung

Das angestrebte Ziel der Gewichtsreduktion wird im Automobilbau häufig durch den Einsatz von niedriglegierten hochfesten Stahlwerkstoffen mit Festigkeiten höher als 1200 MPa realisiert. Jedoch werden die Einsatzbereiche dieser Werkstoffgruppe aufgrund der erhöhten Werkstoffempfindlichkeit gegenüber wasserstoffunterstützter Spannungsrisskorrosion stark eigeschränkt. Unter anderem kann Wasserstoff aufgrund einer elektrochemischen Korrosionsreaktion während einer Betriebsphase auf der Bauteiloberfläche entstehen. Ziel der diesem Beitrag zugrunde liegenden Untersuchung war es, die Vielfalt existierender Testmethoden bezüglich einer möglichen wasserstoffunterstützten Rissbildung im Betrieb. Hierzu wurden hochfeste Schrauben der Festigkeitsklasse 14.8 unter Anwendung von etablierten Prüfspezifikationen nach DIN 50969-2, DIN EN ISO 7539 und ASTM 1624-12 (DIN 50969-3) hinsichtlich ihrer Anfälligkeit für eine wasserstoffunterstützte Rissbildung in einer sauren 5 % Natriumchlorid-Lösung bei einem pH-Wert von 3 geprüft‥ Zusätzlich aufgenommene Verläufe des freien Korrosionspotenzials ermöglichten ein besseres Verständnis des während der Prüfung auftretenden Mechanismus der Werkstoffschädigung. Unter den gewählten Prüfbedingungen wies die Methode des Rising Step Load (RSL) Tests (ASTM 1624-12) die höchste Empfindlichkeit bezüglich des Potentials einer wasserstoffunterstützten Rissbildung auf.

* Correspondence Address, M.Sc. Olesya Gosheva, MPa Darmstadt, Grafenstrasse 2, 64283 Darmstadt, Germany, E-mail: gosheva@mpa-ifw.tu-darmstadt.de

MSc Olesya Gosheva, born in 1984, studied Theoretical Physics at Chelyabinsk State University in Russia from 2001 to 2007 and mechanical engineering at the Technische Universität Darmstadt. Since 2012 she has been working as a research associate at the department of surface and coating technology at the State Materials Testing Institute Darmstadt (MPA) Chair and Institute for Materials Technology at the Technische Universität Darmstadt, Germany.

Dr.-Ing. Georg Andersohn studied mechanical engineering from 2001 to 2007 at the Technische Universität Darmstadt, Germany and completed his doctorate there in 2013. Since 2012, he has been leading the department of surface and coating technology at the State Materials Testing Institute Darmstadt (MPA) Chair and Institute for Materials Technology at the Technische Universität Darmstadt, Germany.

Prof. Dr.-Ing. Matthias Oechsner studied mechanical engineering from 1990 to 1995 at the University of Karlsruhe, Germany and completed his doctorate there in 2000. From 1997 to 2010 he was involved in the development and production of stationary gas turbines at Siemens in Germany, USA and China. In 2010, he has been appointed Professor for Materials Technology at the Technische Universität Darmstadt. Since 2010 he is the head of the State Materials Testing Institute Darmstadt (MPA) Chair and Institute for Materials Technology at the Technische Universität Darmstadt.

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Published Online: 2018-02-28

Published in Print: 2018-03-27

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https://doi.org/10.3139/120.111147