Die Schadenskunde ist ein wichtiges Hilfsmittel auf allen Gebieten des Maschinenbaus. Eine erfolgreiche Schadensuntersuchung führt zunächst zu einer Aufklärung des Falles und zu konkreten Verbesserungen. Darüber hinaus erlaubt es die systematische Auswertung typischer Versagensursachen, fallbezogene Erkenntnisse zu verallgemeinern und zu übertragen. Damit ist eine Grundlage für die technische und wirtschaftliche Optimierung, für die Erhöhung der Zuverlässigkeit und Sicherheit von Produkten und für die Qualitätskontrolle gegeben.
Der Themenband behandelt Methodik und Methoden der Schadensuntersuchung und -analyse und stellt anhand zahlreicher typischer Schadensbilder und -ursachen Möglichkeiten zur Verallgemeinerung der Aussagen zu.
Inhoudsopgave
1 Einführung in die Methodik der Schadensuntersuchung
1.1 Definitionen und Abgrenzungen
1.2 Ablauf einer Schadensuntersuchung
1.3 Literatur
2 Untersuchungsverfahren
2.1 Makroskopische und lichtmikroskopische Untersuchungen
2.1.1 Makroskopische Untersuchungen – Sichtprüfung
2.1.2 Lichtmikroskopische Untersuchungen
2.1.3 Literatur
2.2 Schadensuntersuchungen durch Röntgenfeinstrukturanalysen
2.2.1 Einleitung
2.2.2 Grundlagen
2.2.3 Ermittlung der Phasenzusammensetzung durch Feinstrukturanalysen
2.2.4 Grundlagen der Eigenspannungsanalyse
2.2.5 Anwendungsbeispiele
2.2.6 Weitere röntgenographische Untersuchungsverfahren
2.2.7 Literatur
2.3 Rasterelektronenmikroskopische und elektronenstrahlmikroanalytische Untersuchungen
2.3.1 Wechselwirkung Elektronenstrahl / metallischer Festkörper
2.3.2 Wirkungsweise des Rasterelektronenmikroskops
2.3.3 Elektronenstrahlmikroanalyse
2.3.4 Literatur
3 Schadenanalyse bei Polymerwerkstoffen
3.1 Einleitung
3.2 Spezifische Eigenschaften der Polymerwerkstoffe
3.2.1 Mechanisches Verhalten
3.2.2 Thermo-mechanisches Verhalten
3.2.3 Physikalisch-chemisches Verhalten
3.3 Schadensanalyse bei Polymerwerkstoffen
3.3.1 Prinzipielle Gesichtspunkte
3.3.2 Optische Begutachtung – Makroskopische Betrachtung
3.3.3 Mikroskopische Untersuchung
3.3.4 Differentialkalorimetrische Untersuchung
3.3.5 Physikalische Untersuchungen
3.4 Wertung der einzelnen Untersuchungsmethoden am Beispiel einiger Schadensfälle
3.5 Schlussbemerkung
3.6 Literatur
4 Schadensuntersuchung und Schadensverhütung an spröden Werkstoffen, insbesondere Keramiken und Gläsern
4.1 Einleitung
4.2 Keramische Konstruktionswerkstoffe und Gläser
4.2.1 Werkstofftypen und wichtige Herstellungsprobleme
4.2.2 Werkstoffverhalten
4.3 Untersuchungsmethoden bei Schäden
4.3.1 Bauteilversuche
4.3.2 Rekonstruktion des Schadens
4.3.3 Bauteilberechnung
4.3.4 Bruchflächenuntersuchung
4.3.4.1 Makroskopische Untersuchung
4.3.4.2 Mikroskopische Bruchflächenuntersuchung
4.3.4.3 Kritische Fehlergröße
4.3.5 Keramografie
4.3.6 Zerstörungsfreie Prüfungen
4.4 Schadensverhütung
4.5 Literatur
5 Brüche bei metallischen Werkstoffen
5.1 Gewaltbruch metallischer Werkstoffe
5.1.1 Makroskopisch verformungsloser Gewaltbruch
5.1.2 Verformungsbruch
5.1.3 Einflussgrößen auf die Bruchausbildung
5.1.4 Literatur
5.2 Ermüdungsbruch metallischer Werkstoffe
5.2.1 Ermüdungsverhalten metallischer Werkstoffe
5.2.2 Makroskopische Merkmale von Ermüdungsbruchflächen
5.2.3 Rasterelektronenmikroskopische Merkmale von Ermüdungsbruchflächen
5.2.4 Beispiele
5.2.5 Literatur
6 Schäden als Folge thermischer Beanspruchung
6.1 Einleitung
6.2 Schadensbilder und Schadensmechanismen infolge thermischer Beanspruchung
6.2.1 Schäden unter Temperatureinwirkung ohne weitere Beanspruchung
6.2.2 Schäden als Folge mechanisch-thermischer Beanspruchung
6.2.2.1 Kurzzeitbelastung (mechanisch-thermisch)
6.2.2.2 Zeitstandbelastung (mechanisch-thermisch)
6.2.2.3 Belastung bei niedriger Lastwechselzahl (Low Cycle Fatigue, LCF)
6.2.2.4 Belastung bei hoher Lastwechselzahl (High Cycle Fatigue, HCF)
6.2.3 Schäden als Folge chemisch-thermischer Beanspruchung
6.2.3.1 Hochtemperaturkorrosion (HTK)
6.2.3.2 Metallbrände
6.2.4 Schäden als Folge metallphysikalisch-thermischer Beanspruchung
6.3 Hinweise zur Schadenuntersuchung bei thermisch bedingten Schäden
6.3.1 Makroskopischer Befund
6.3.2 Metallografischer Befund
6.3.3 Elektronenoptischer Befund (REM)
6.4 Schadensverhütung, -vorbeugung und abhelfende Maßnahmen
6.5 Literatur
7 Schadenskunde der Schweißverbindungen
7.1 Einführung
7.2 Gefügeausbildung beim Schweißen
7.3 Beanspruchungszustand an Schweißverbindungen
7.3.1 Spannungskategorien
7.3.2 Versagensanalyse
7.3.3 Eigenspannungen
7.4 Schweißfehler
7.4.1 Risse
7.4.2 Imperfektionen
7.5 Schäden im Betrieb
7.5.1 Sprödbruch
7.5.2 Schwingfestigkeitsversagen
7.5.3 Zeitstandversagen
7.5.4 Korrosionsschäden
7.6 Vermeidung von Schäden an Schweißverbindungen
7.7 Literatur
8 Schäden an wärmebehandelten Bauteilen
8.1 Allgemeines
8.2 Fehlerbereiche und Beispiele
8.3 Literatur
9 Schadensanalysen in tribologischen Systemen an einem Beispiel aus der Automobilindustrie
9.1 Einleitung
9.2 Kurze Einführung in die Tribologie
9.2.1 Begriffe und Definitionen
9.2.2 Das tribologische System
9.3 Verschleiß als Schadensursache
9.3.1 Verschleißerscheinungsformen, Verschleißmechanismen und Verschleißarten
9.3.2 Abrasion
9.3.3 Adhäsion
9.3.4 Oberflächenzerrüttung oder Ermüdung
9.3.5 Tribochemische Reaktionen
9.4 Schadensanalyse bei tribologischen Schäden
9.4.1 Beispielsystem für eine Schadensanalyse: Kugelventil in einem Common Rail Injektor
9.4.2 Fehlerbeschreibung
9.4.3 Erfassung und Beschreibung des Tribosystems
9.4.4 Einzeluntersuchungen an den Elementen des Tribosystems
9.4.5 Maßnahmen zur Schadensabhilfe
9.5 Zusammenfassung
9.6 Literatur
10 Methoden für die Schadensanalytik in der Tribologie
10.1 Einleitung
10.2 Methoden zur Charakterisierung von Verschlei
10.2.1 Mikroskopie
10.2.2 Topografie
10.2.3 Chemische Analysen
10.2.4 Bestimmung mechanischer Eigenschaften und Gefügeanalyse
10.3 Beispiele für Verschleißmechanismen
10.3.1 Abrasion
10.3.2 Adhäsion
10.3.3 Zerrüttung, plastische Deformation und Kavitationserosion
10.3.4 Tribochemische Reaktionen
10.4 Abschließende Gedanken
10.5 Empfehlenswerte, weiterführende Literatur
11 Korrosionsschäden an metallischen Werkstoffen
11.1 Allgemeines
11.2 Grundlagen der Korrosion metallischer Werkstoffe
11.3 Korrosionsarten ohne mechanische Belastung
11.3.1 Gleichmäßige Flächenkorrosion
11.3.2 Muldenkorrosion
11.3.3 Lochkorrosion
11.3.4 Spaltkorrosion
11.3.5 Kontaktkorrosion (Bimetallkorrosion)
11.4 Korrosionsarten mit mechanischer Belastung
11.4.1 Spannungsrisskorrosion (Sp RK)
11.4.2 Schwingungsrisskorrosion
11.5 Literatur
Verzeichnis von Autorin und Autoren
Over de auteur
Professor Dr.-Ing. habil. Johann Grosch war Professor für Werkstofftechnik an der Technischen Universität Berlin.
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