Spannungsrisskorrosion, die Sie Ihr Bohrgerät kosten könnte

Einige Arten von Korrosion sind leicht zu erkennen, aber Spannungsrisskorrosion kann Ihr Bohrgerät ohne große Vorwarnung schwächen, sagt Vyv Cox

Alle Metallbeschläge, die insbesondere unter Belastung verwendet oder hergestellt werden, können anfällig für Spannungsrisskorrosion sein

Spannungsrisskorrosion, die Sie Ihr Bohrgerät kosten könnte

Einige der häufigeren Versagensarten der in Booten verwendeten Metalle werden von Yachtbesitzern heutzutage im Allgemeinen recht gut verstanden, da Internetrecherchen und Foren Themen, die früher ausschließlich der Materie von Spezialisten vorbehalten waren, für jedermann leicht zugänglich machen.

Vyv Cox ist ein zugelassener Ingenieur und segelt seit mehr als 50 Jahren

Allerdings bleiben einige Ursachen, durch die Metallteile brechen können, etwas rätselhafter, vor allem die Spannungsrisskorrosion.

Spannungsrisskorrosion gehört ähnlich wie Ermüdungsrisse zu den Fehlermechanismen, die lange Zeit verborgen bleiben können und plötzlich nachgeben, wenn die Spannungswerte einen bestimmten Schwellenwert überschreiten, der, wie es bei solchen Dingen üblich ist, meist bei höchstens liegt Ungünstige Zeit für den Segler.

Um technisch korrekt zu sein, diskutiere ich die Version davon, die in Chloriden (wie Salzwasser) vorkommt, während eine andere, die in Sulfiden vorkommt, für diesen Artikel ignoriert werden kann.

Spannungsrisskorrosion ist, wie der Name schon sagt, einer dieser Versagensmechanismen, der auf einer Kombination zweier Faktoren beruht.

Weder Stress noch Korrosion allein würden die im Artikel beschriebenen Ausfälle nicht verursachen.

Darüber hinaus gibt es eine Schwellentemperatur, unterhalb derer das Problem nicht auftreten sollte.

Die meisten Edelstahlsorten sind anfällig und es werden große Forschungsanstrengungen unternommen, um die Leistung dieser wichtigen Legierungsklasse in Umgebungen mit hohem Chloridgehalt zu verbessern.

Stress kann äußerlich oder innerlich sein.

Eine äußere Belastung ist eine Spannung, die ausgeübt wird – zum Beispiel eine festgezogene Schraube, eine straffe Takelage oder ein unter Spannung stehendes Bauteil.

Im Herstellungsprozess entstehen innere Spannungen, beispielsweise beim Kaltprägen, das für viele Beschläge wie Schäkel oder hochfeste Bolzen verwendet wird.

Das Auflegen im Winter ist eine gute Gelegenheit, Ihren Mast abzulegen und Ihre Takelage zu inspizieren. Vergessen Sie jedoch nicht, auch Kettenplatten, Bolzen und Decksbeschläge zu überprüfen

Ein gutes Beispiel, das später in diesem Artikel gezeigt wird, ist das Rollkneten, der Prozess, bei dem das Anschlussstück am Draht einer Ummantelung oder Strebe befestigt wird.

Das zunächst weiche Metall der Armatur wird mit hoher Kraft in den Kabelschlag gedrückt, wodurch die Verbindung gestärkt und Eigenspannungen erzeugt werden.

Es besteht ein direkter Zusammenhang zwischen Festigkeit und Härte, und es gibt einen „magischen“ Härtewert, unterhalb dessen Spannungsrisskorrosion kein Problem darstellt.

Der üblicherweise angegebene Wert ist 22 auf der Rockwell-C-Skala, was 246 Vickers entspricht, kein besonders hoher Wert, der in der Praxis leicht zu erreichen ist.

Wenn das Bauteil bereits durch ein Herstellungsverfahren gehärtet ist, kann jede nachfolgende äußere Krafteinwirkung das Spannungsniveau über den Schwellenwert hinaustreiben.

Der Korrosionsteil des Begriffs ist etwas komplex.

Es ist bekannt, dass Spannungsrisskorrosion in sehr schwachen wässrigen Lösungen auftritt, die nur wenige Teile pro Million Chloride enthalten.

Meerwasser ist stark genug, um es unter bestimmten Bedingungen zu verursachen.

Die wahrscheinlichste Ursache ist abwechselndes Benetzen und Trocknen, was zu einem allmählichen Anstieg der Konzentration von Chloridionen führt, die in Kombination mit der Spannung über die Korngrenzen des Metalls eindringen können.

Gestauchte Schutzblechanschlüsse, insbesondere solche, die dem Wind zugewandt sind, können Wasser und Salz ansammeln und sind anfälliger für Spannungsrisskorrosion. Bildnachweis: Ben Sutcliffe-Davies/Yachting Monthly

Besonders gefährdet sind dauerhaft feuchte Fugen und Verbindungen.

Die dritte Voraussetzung für das Auftreten von Spannungsrisskorrosion ist die Temperatur.

Theoretisch tritt das Problem bei Temperaturen unter 50 °C nicht auf, aber selbst im gemäßigten Klima Großbritanniens können an sonnigen Tagen überraschend hohe Temperaturen an Deck entstehen.

Im Mittelmeerraum sind solche Temperaturen natürlich leicht zu erreichen.

Ich habe hier Beispiele aus warmen und kühlen Klimazonen aufgeführt.

Ähnlich wie bei Ermüdungsausfällen kann das Bauteil scheinbar in einwandfreiem Zustand sein, bis es plötzlich ausfällt.

Im Gegensatz zur Ermüdung ist das Versagen jedoch nicht auf einen einzelnen Riss zurückzuführen, sondern auf ein Netzwerk von Rissen, das manchmal mit den Ästen eines Baumes verglichen wird und sich bildet, wenn die korrosiven Chloride entlang der Korngrenzen des Metalls eindringen.

Die Bruchfläche hat ein raues, rostiges Aussehen mit vielen sichtbaren Nebenrissen.

In dieser nach oben gerichteten Armatur sammelte sich Wasser, was zu den charakteristischen verzweigten Rissen der Spannungsrisskorrosion führte. Bildnachweis: Vyv Cox

Diese Armatur (oben) wurde mir zugesandt, nachdem eine Bohranlageninspektion festgestellt hatte, dass sie nicht geeignet war.

Hierbei handelte es sich um die untere Pressverbindung eines Kappenmantels, die aufgrund ihres nach oben gerichteten offenen Endes immer anfälliger für Spannungsrisskorrosion war.

Die Armatur sah rostig und daher verdächtig aus, obwohl die Risse in der Nähe des Drahtes fast unsichtbar waren.

Beim Reinigen der Armatur mit feinem Schleifpapier wurden die charakteristischen verzweigten Risse der Spannungskorrosion sichtbar.

Die Spannung ist hier hauptsächlich innerer Natur, bedingt durch die Verstärkung, die durch die Wirkung der Gesenkmaschine hervorgerufen wird.

Die Korrosion begann rechts und drang entlang der Korngrenzen allmählich in das Metall ein.

Das plötzliche, lautstarke Versagen dieses Drehgelenks war auf die Belastung um den Verbindungsbolzen zurückzuführen. Bildnachweis: Vyv Cox

Im Jahr 2005 lagen wir in San Antonio, Ibiza, unter absolut günstigen Bedingungen vor Anker.

Der Wind war sehr schwach, der Hafen war geschützt und wir saßen im Cockpit.

Plötzlich hörten wir von vorne einen Knall (plötzlicher Bruch mit charakteristischem Geräusch ist ein Merkmal von Spannungsrisskorrosion) und erkannten, dass wir rückwärts drifteten.

Ich zog die Kette ein und fand zu meiner Überraschung keinen Anker am Ende.

Ich habe den Kedge-Anker angekettet und später konnten wir mit Hilfe einiger Taucher den Laubenanker finden.

Der Wirbel (oben) brach an vier Stellen auf jeder Seite der Zwischenschrauben, mit denen er am Anker befestigt war.

Das raue, rissige Aussehen ist typisch für Spannungsrisskorrosion.

Nach diesem Vorfall begann ich, die Festigkeit und Metallurgie von Ankerwirbeln zu untersuchen (siehe YM Okt. 2020).

Sonnenschein, salzige Luft, innere Spannungen und Belastungen im Gebrauch führen dazu, dass dieser Schäkel in drei Teile zerbricht. Bildnachweis: Vyv Cox

Meine Tochter fährt ein Hurricane-Katamaran-Rennen.

Dieser Schäkel (oben) ist Teil des Großsegel-Unterholers, einer Komponente, die bei diesem Bootstyp einer großen Kraft ausgesetzt ist.

Wenn kein Rennen stattfindet, ist die Schäkel der Sonne der britischen Südküste ausgesetzt.

Eine Inspektion an Land ergab, dass dieser Schäkel in einem besonders schlechten Zustand war, da er aufgrund von Spannungsrisskorrosion an drei Stellen gebrochen war.

Der Schäkel wurde wahrscheinlich durch Kaltprägen hergestellt, wodurch eine innere Spannung erzeugt und dann während des Rennens einer äußeren Belastung ausgesetzt wurde.

Der Schlauchbootpark liegt direkt am Meer und bietet eine typische salzige Atmosphäre.

Kettenplattenschrauben oben: Das Abheben der Kettenplattenbeschläge vom Deck oder eine Verformung des umgebenden Decks ist kein gutes Zeichen. Bildnachweis: Vyv Cox

Ich wurde vom Eigner einer Westerly Oceanmaster gebeten, ein Problem zu untersuchen, das von der Werft in Griechenland festgestellt wurde, wo sein Boot derzeit an Land lag.

Sie hatten bemerkt, dass sich die oberen Teile der oberen und unteren Backbord-Püttingplatten vom Deck hoben (siehe Bild oben).

Die Kettenplatten bestehen aus Ober- und Unterteilen, die durch das Deck miteinander verschraubt sind.

Der untere Teil im Inneren des Bootes ist im Wesentlichen gebaut, mit Doppelmutterschrauben, die über das Deck hinausragen (siehe Bild unten).

Kettenplattenschrauben unten: Obwohl die innere Struktur solide gebaut war, waren zwei der Schrauben kaputt. Bildnachweis: Vyv Cox

Zwei Schrauben an jeder Platte waren gebrochen und ließen sich leicht entfernen.

Eine der Schrauben ist unten abgebildet und veranschaulicht das typische Erscheinungsbild eines Spannungsrisskorrosionsfehlers.

Eine raue, rostige Bruchfläche weist über einen längeren Zeitraum hinweg starke Spannungsrisskorrosion auf. Bildnachweis: Vyv Cox

Das Metall ist über einen längeren Zeitraum verrostet, das sehr raue Aussehen ist auf das intergranulare Eindringen der chloridreichen korrosiven Flüssigkeit zurückzuführen.

Anschließend wurde festgestellt, dass von insgesamt 16 Bolzen, die vier Kettenplatten hielten, acht gebrochen waren, wie unten gezeigt.

Bei acht der 16 Kettenlaschenschrauben wurde festgestellt, dass sie aufgrund von Spannungsrisskorrosion ausgefallen waren. Bildnachweis: Vyv Cox

Es gibt kein Muster für die Brüche: Sie traten entweder an den Teilen ohne Gewinde oder an den Teilen mit Gewinde auf, und in einem Fall gab es zwei Brüche.

Die Bruchfläche ist typisch für Spannungsrisskorrosion – sehr rau, rostig und gezackt.

Die Hauptursache für dieses Problem ist das Fehlen von Dichtmittel um die Bolzen und zwischen den Kettenplatten und dem Deck.

Wahrscheinlich spielte das Teakdeck eine Rolle, da der Bereich unter der Kettenplatte selbst bei heißem Sonnenschein feucht blieb.

Es war wirklich ein Glück, dass das Problem offensichtlich wurde, bevor das Boot wieder zu Wasser gelassen wurde, da es kaum Zweifel daran gibt, dass das Rigg während der Fahrt verloren gegangen wäre.

Der Besitzer hat alle Kettenplatten und Bolzen mit einem Marinedichtmittel neu eingebettet. (Die Werft hatte ihm 10.000 € geboten, um die Arbeit für ihn zu erledigen!)

Kettenplattenknie. Ein kleines Leck musste neu abgedichtet werden, aber als die Schrauben wieder festgezogen wurden, versagte eines aufgrund von Spannungsrisskorrosion. Bildnachweis: Vyv Cox

Bei meiner Sadler 34 sind die unteren Wantenkettenplatten etwas nach innen versetzt und mit einer abgewinkelten Platte verschraubt, die ihrerseits mit dem Rumpf verschraubt ist, wie oben gezeigt.

Die gesamte Anordnung ist im Inneren des Bootes durch eine GFK-Verkleidung abgedeckt und somit nicht leicht zu kontrollieren.

Es stellte sich heraus, dass es sowohl auf der Backbord- als auch auf der Steuerbordseite eine kleine Leckage gab, die eine Neubettung der Deckplatte erforderlich machte.

Das Entfernen der Deckplatte war unkompliziert und nachdem ich überprüft hatte, dass alle Schrauben, mit denen die Rumpfplatte befestigt war, fest angezogen waren, trug ich reichlich Dichtmittel auf, setzte alle Muttern und Schrauben wieder ein und zog sie fest.

Mein erster Schock ereignete sich, als eine der 10-mm-Schrauben zwischen den beiden Plattenkomponenten bei relativ geringem Drehmoment brach.

Bei der Inspektion wurden die verräterischen Anzeichen von Spannungsrisskorrosion festgestellt, siehe unten.

Abgescherter Schraubenkopf: Trotz geringer Krafteinwirkung scherte der Schraubenkopf ab und zeigte typischerweise grobe, rostige Korrosion. Bildnachweis: Vyv Cox

Ich ersetzte alle drei Schrauben und richtete meine Aufmerksamkeit auf die Backbordseite.

Alles lief gut, bis ich den festen Sitz der 6-mm-Schrauben überprüfte, mit denen die Rumpfplatte an den unverlierbaren Muttern im GFK befestigt war.

Zwei Köpfe sind abgeschert, einer auf jeder Seite der 90°-Platte, was das Entfernen problematisch macht.

Meine einzige Möglichkeit bestand darin, eine davon aufzubohren, bis genügend Platz zum Entfernen der Platte vorhanden war.

Korrosionsreste: Das Aufbohren der defekten Schrauben war eine schmutzige Arbeit und zeigte, wie viel korrodiertes Metall vorhanden war. Bildnachweis: Vyv Cox

Bei Temperaturen über 30°C war das eine langwierige Arbeit – viel Späne, Schweiß und Fluchen (siehe oben).

Die Brüche ließen Spannungsrisskorrosion erkennen, doch in diesem Fall waren die drei 10-mm-Bolzen in einem akzeptablen Zustand.

In all diesen Fällen kam es zu starker Korrosion an Metallen, die gegen die relativ milde Lösung von Chloriden, die Meerwasser bildet, völlig beständig sein sollten.

In beiden Fällen, in denen es zu einem Kettenplattenversagen kam, handelte es sich um eine winzige Wassermenge – bei meinem Boot war die Undichtigkeit so gering, dass nicht einmal die inneren Holzteile Flecken aufwiesen.

Die Notwendigkeit, selbst kleinste Leckagen zu beseitigen, liegt auf der Hand.

Fortsetzung unten…

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Der Eigner muss alle hartnäckigen kleinen Lecks im Inneren des Bootes untersuchen und aufspüren, insbesondere solche, die mit hochbelasteten Komponenten wie Püttingplatten oder anderen Takelagekomponenten in Zusammenhang stehen.

Es lohnt sich auch, die Gelegenheit zu nutzen, Ihren Mast abzumontieren, Ihre Kettenplatten, Bolzen und andere belastete Takelagepunkte über den Winter abzuschrauben und zu inspizieren, bevor Sie sie alle sorgfältig mit Marinedichtmittel neu einbetten.

Im Fall des Drehgelenks war die Belastung mit ziemlicher Sicherheit auf die Biegung der Arme durch die Schraubenspannung zurückzuführen.

Diese Drehgelenkkonstruktion ist aus mehreren Gründen schlecht, wobei die Anfälligkeit für Spannungsrisskorrosion nur einer davon ist.

Wie bei allen Korrosionsproblemen ist die vollständige Eliminierung von Wasser die vollständige Lösung.

In mehreren hier besprochenen Fällen ist dies nicht möglich, regelmäßiges Spülen mit frischem Wasser sollte jedoch Abhilfe schaffen.