Versprödung von Werkstoffen

Versprödung bezeichnet die zeitliche oder umgebungsinduzierte Abnahme der Bruchdehnung und Zähigkeit eines Werkstoffs bei oft nur gering veränderter Festigkeit. Das duktil-spröde Umform- und Bruchverhalten verschiebt sich hin zu sprödem, häufig schlagartigem Versagen, wobei die Rissinitiierung und -ausbreitung zunehmend ohne makroskopisch plastische Verformung erfolgt.

Mechanistisch basiert Versprödung auf Änderungen der Mikrostruktur und der Defektchemie: Segregation von Fremd- oder Legierungselementen an Korngrenzen, Ausscheidungsbildung, Phasenumwandlungen, Strahlenschäden oder die Einlagerung von Interstitialatomen (z. B. H, C, N) können die Kohäsion im Kristallgitter oder an Grenzflächen reduzieren und lokalisierte Spannungszustände begünstigen.

Wichtige Sonderfälle sind die Wasserstoffversprödung (hydrogen embrittlement) mit Mechanismen wie wasserstoffunterstützter Dekohäsion oder wasserstoffunterstütztem Kaltbruch, sowie die Flüssigmetallversprödung (liquid metal embrittlement), bei der benetzende Schmelzen die Korngrenzfestigkeit stark herabsetzen. Daneben sind thermisch induzierte Versprödung (z. B. 475 °C‑Versprödung in ferritischen Stählen), strahlungsbedingte Versprödung in Reaktorwerkstoffen und dynamische Versprödungsphänomene bei hohen Dehnraten relevant.

Zur Charakterisierung dienen Kerbschlagbiegeversuche, instrumentierte Bruchmechanik (z. B. KIC, J‑Integrale) sowie mikroskopische Bruchflächenanalysen (Übergang von Mikrovoid-Koaleszenz zu interkristallinem oder kornnah transkristallinem Bruch). Versprödungsschutz umfasst Werkstoffauswahl, Legierungs- und Wärmebehandlungskonzepte, Reinheits- und Gefügeoptimierung, Beschichtungen, Diffusionsbarrieren und geeignete Betriebsstrategien (Medienkontrolle, Temperatur- und Dehnratenmanagement).

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