Schadensanalyse in der Industrie
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- Gesche Kuntz
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1 Schadensanalyse in der Industrie Dr. Maren Kraack, LOM GmbH LOM GmbH
2 Inhalt Theorie Schadensanalyse Schadensaufnahme Beschreibung der Arbeitsschritte Beispiele
3 Was muss man wissen? Rissausgang Ort der Spannungskonzentration Bruchaussehen wirkende Beanspruchung Bruchmechanismus Belastungsform, Werkstoffverhalten + Charakterisierung der Werkstoffqualität
4 Rissausgang Elemente zur Spannungskonzentration konstruktive Kerben (Wellenabsätze, Bohrungen, Gewinde,...) Oberflächenfehler (Dreh- und Schleifriefen, Schlagstellen) lokale Versprödung Korrosion Werkstoffinhomogenitäten (Einschlüsse, Poren, Reiboxidation) erkennbar: makroskopisch Im Rasterelektronenmikroskop Im Querschliff mit Zielpräparation
5 Bruchflächenverlauf Risswachstum abhängig von: Eigenspannungen mechanischen Spannungen Korrosion Wirkende Spannungen beeinflussen den Bruchflächenverlauf
6 Bruchmechanismen LOM Labor für Oberflächen und Materialien Gewaltbruch Schwingbruch Kriechbruch Gleitbruch Rosettenbruch Spaltbruch Korngrenzenbruch
7 Bruchmechanismen - Spaltbrüche Mechanismus Lastspitze > theoret. Atombindung ( 10 5 N/mm 2 ) Spannungsspitzen im Gefüge Spannungsabbau unmöglich = Gleitung blockiert begünstigt durch hochfeste, spröde Gefüge tiefe Temperaturen hohe Belastungsgeschwindigkeiten bei krz und hexagonalen Metallen mehrachsiger Spannungszustand
8 Makroskopisch Verlauf der Bruchfläche senkrecht zur grössten Normalspannung spröder Bruch flache Bruchfläche REM Spaltlinien transkristallin und/oder interkristallin Merkmale - Spaltbrüche LOM Labor für Oberflächen und Materialien
9 Bruchmechanismen - Gleitbrüche Mechanismus: Überwindung der Atombindung durch Abgleiten Bildung von Mikroporen Bildung länglicher Löcher Vereinigung der Löcher begünstigt durch: Duktilität Spannung > Dehngrenze Hohe Temperaturen tiefe Belastungsgeschwindigkeiten
10 Makroskopie Riss entlang Schubspannungen plastische Verformung REM Waben Bruch einzelner Ebenen unter 45 Metallographie Zusammenhang mit Gefüge Bildung von Nebenrissen Werkstoffqualität Merkmale - Gleitbrüche LOM Labor für Oberflächen und Materialien
11 Mechanismus Bruchmechanismen - Schwingbrüche Stadium 1: Rissbildung an Gleitbändern oder bei örtlicher Spannungskonzentration Stadium 2: Risswachstum, plastische Verformung an der Risspitze, Schwingungsstreifen, Spaltbruch Stadium 3: Restbruch -
12 Makroskopie Merkmale - Schwingbrüche Verlauf senkrecht zur grössten Zug- Normalspannung glatter, feiner Bruch meist Restbruch meist Rastlinien REM Schwingungslinien durch Öffnen und Schliessen des Risses Metallographie Gefüge am Bruchausgang
13 Schwingbrüche LOM Labor für Oberflächen und Materialien
14 Bruchmechanismen + Korrosion Korrosion + Schwingung Schwingungsrisskorrosion Korrosion + Spannung Spannungsrisskorrosion
15 Schadenfalltypen LOM Labor für Oberflächen und Materialien Einzelfälle mit Reklamation Gerichtsfälle Systematische Fehler
16 1. Fotos vor Ort Schadensaufnahme LOM Labor für Oberflächen und Materialien 2. evt. berührende Dinge wie Produkt, Kühlwasser, Schmiermittel,... sammeln 3. Bauteil möglichst weit von Bruchfläche entfernt trennen, wenn nötig 4. Bruchflächen trocken und geschützt verpacken 5. beide Bruchflächen zur Untersuchung bringen 6. Checkliste für Schadenfälle durchgehen 7. Formulierung des Untersuchungszieles
17 Checkliste für Schadensfälle
18 Erste Fragen Welche Funktion hat die Maschine? Welche Funktion hat das Bauteil? Welche Kräfte wirken? Welche Werkstoffe wurden verwendet? Wie wurde das Bauteil hergestellt? Beschreibung des Schadenherganges? LOM Labor für Oberflächen und Materialien Bei wie vielen Teilen und wie vielen Kunden trat der Schaden auf?
19 In welchem Gesamtsystem steht das Bauteil? Schmiermittel Feuchtigkeit Temperatur F N Produkt v α Schmutz Topographie Werkstoff Gefüge
20 Vorgehensplan LOM Labor für Oberflächen und Materialien Schadensaufnahme (Dokumentation, Rekonstruktion des Bauteils) Rissprüfung zerstörungsfrei? Makroskopie Trennen Makroskopie und Reinigung Trennen Materialanalyse? Härtemessung, ob, wo und wie? Rasterelektronenmikroskopie Metallographie Offerte
21 Makroskopie, Fraktographie Reinigung je nach Verunreinigung und benötigten Analysen (Ultraschall, Bürsten, Alkohol, Aceton, Zitronensäure, Seife,...)
22 Rekonstruktion
23 Reinigung Beschichtung Untersuchung EDX-Analyse (lokal, Mapping,..) LOM Labor für Oberflächen und Materialien Rasterelektronenmikroskopie
24 Metallographie LOM Labor für Oberflächen und Materialien Ist das Gefüge homogen? Entspricht es den Vorgaben? Wie hat der Werkstoff auf die Umgebung reagiert? Korrosion? Wenn wie? Verformung? Haftung einer Schicht? Rissbildung?
25 Rissausgang Bruchverlauf Bruchmechanismus Zusammenfassung + Werkstoffqualität + LOM Labor für Oberflächen und Materialien wirkende Spannungen Belastungsform Informationen über Schadenshergang Bruchursachen auslösender Parameter Gewichtung der Bruchursachen Diskussion von Abhilfemassnahmen
26 Riss in Extruderplatte 3 Platten bei einem Kunden gerissen, 2 Platten noch io Es gibt wenige Platten dieser Grösse Standzeit 8 Monate, 3 Monate, 10 Tage X46Cr13, geschmiedet, gehärtet auf HRC Extrusion von Cerealien, Chloride
27 Extruderendplatte 10 Tage Seite Düsenplatte extruderseitig
28 Extruderendplatte 10 Tage Extruderbohrung Oberkante Platte
29 Extruderendplatte 10 Tage Seite Düsenplatte Extruderbohrung
30 Beide Bruchflächen LOM Labor für Oberflächen und Materialien 8 Monate 10 Tage
31 Bruchflächen 10 Tage - Makroskopie
32 Rasterelektronenmikroskopie
33 Metallographie LOM Labor für Oberflächen und Materialien
34 Schlussfolgerung LOM Labor für Oberflächen und Materialien Riss infolge interkristalliner Korrosion + Einfluss von Eigenspannungen
35 Dosen reissen bei Expansion
36 Riss bei Dosenexpansion LOM Labor für Oberflächen und Materialien Nicht alle Dosen reissen beim Expandieren Unterschiedliche Lieferanten Gleiche Expansionsparameter
37 Risse
38 Gute Dosen
39 Rasterelektronenmikroskopie Riss Bruchfläche
40 Metallographie LOM Labor für Oberflächen und Materialien
41 Zugversuch Mittelwert Re 470, Rm 508 Mittelwerte Re 402.3, Rm 421.6
42 Zusammenfassung LOM Labor für Oberflächen und Materialien Risse wegen lokaler Spannungskonzentration und Einschnürung Material muss verfestigend sein Gutes Material wurde Hauben geglüht Schlechtes Material wurde batch-annealed Wichtig R-Wert = Mass für die Anisotropie der Verformung von Blechen Rohmaterial nicht nur über Festigkeit definieren
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