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Vortrag

Einfluss von Druckwasserstoff auf das Schwingfestigkeitsverhalten eines ferritischen und austenitischen Edelstahls im LCF-Bereich

Tuesday (03.12.2019)
14:40 - 15:00 Uhr

Mit der Unterzeichnung des Pariser Klimaschutzabkommens haben sich Mitgliedsstaaten der Vereinten Nationen auf einen Verzicht von fossilen Energieträgern bis zum Jahr 2050 verpflichtet. Hinsichtlich der Reduktion von Schadstoffemissionen im Transportsektor ist die Elektromobilität eine der entscheidenden Faktoren der zukünftigen Mobilität. Batterie- und Brennstoffzellenfahrzeuge stellen eine Alternative zu den Benzin-/Dieselfahrzeugen dar. Durch starke Zunahme an regenerativen Energien wird die Verwendung von Wasserstoff als Energiespeicher großer Mengen an Strom ein breites Nutzungspotenzial für die nächsten Jahre darstellen. Nach dem Stand der Technik wird bei Brennstoffzellenfahrzeugen der komprimierte gasförmige Wasserstoff in Kohlefaserbehältern gespeichert. Für Brennstoffzellenkomponenten aus metallischen Werkstoffen (Leitungen, Fittings, Druckminderer, Sensoren, Ventile, etc.) stellt jedoch die versprödende Wirkung von Wasserstoff auf die Lebensdauer ein Risikofaktor dar. Durch den Füllvorgang beim Betanken treten Druckschwankungen von 10 - 875 bar auf, welche zu einer mechanischen Belastung der Komponenten führen. Im Lebenszyklus eines Brennstoffzellenfahrzeuges werden etwa 500 - 1000 Tankvorgänge angenommen, sodass die Ermüdungslebensdauer vorrangig im Zeitfestigkeitsbereich stark in den Fokus rückt. Zum Werkstoffverhalten unter Beaufschlagung mit Druckwasserstoff gibt es nur wenige Untersuchungen. Weiterhin mangelt es derzeit an validierten Methoden zur Auslegung von druckwasserstoffexponierten Bauteilen. Von besonderem Interesse für die Lebensdauerabschätzung ist der Einfluss von Druckwasserstoff auf das elastisch-plastische zyklische Werkstoffverhalten, da hier die schädigende Wirkung des Wasserstoffs aufgrund des stark gedehnten Gitters sehr ausgeprägt ist. Die Untersuchungen erfolgen an einem ferritischen und einem austenitischen Edelstahl, welche sich stark hinsichtlich ihres Wasserstoffaufnahmevermögens und der Wasserstoffdiffusion unterscheiden. Hierzu werden dehnungsgeregelte Ermüdungsversuche an ungekerbten Proben durchgeführt, um den Einfluss des Druckwasserstoffs auf das Spannungs-Dehnungs-Hystereseverhalten zu untersuchen. Weiterhin werden kraftgeregelte Einstufenversuche mit unterschiedlich gekerbten Proben durchgeführt, um eine Korrelation zwischen der örtlichen Spannungs-/Dehnungsverhalten, der Spannungskonzentration und der Schädigung durch den Druckwasserstoff herzustellen.

Sprecher/Referent:
Tobias Schmiedl
Technische Universität Darmstadt
Weitere Autoren/Referenten:
  • Dr. Steffen Schönborn
    Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF
  • Prof. Dr. Tobias Melz
    Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF