VDI 3822 Blatt 2 1 6-2012 Failure analysis - Defects of thermoplastic products made of plastics caused by tribology-induced stress.pdf

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1、 ICS 03.100.40, 83.080.20 VDI-RICHTLINIEN Januar 2012 January 2012 VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE Schadensanalyse Schden an thermoplastischen Kunststoffprodukten durch tribologische Beanspruchung Failure analysis Defects of thermoplastic products made of plastics caused by tribology-induced stress VDI

2、3822 Blatt 2.1.6 / Part 2.1.6 Ausg. deutsch/englisch Issue German/English Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich. The German version of this guideline shall be taken as authori-tative. No guarantee can be given with respect to the English translation. VDI-Gesellschaft Materials Engin

3、eering (GME) Fachbereich Werkstofftechnik VDI-Handbuch Werkstofftechnik VDI-Handbuch Fabrikplanung und -betrieb, Band 1: Betriebsberwachung/Instandhaltung VDI-Handbuch Kunststofftechnik VDI-Handbuch Produktentwicklung und Konstruktion VDI-Handbuch Verfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen, Band 3:

4、Verfgbarkeit/Schadensanalyse Vervielfltigungauch fr innerbetrieblicheZweckenichtgestattet/Reproduction even for internalusenotpermittedFrhereAusgabe:07.10Entwurf, deutschFormeredition:07/10Draft,inGerman onlyZubeziehen durch/Available atBeuthVerlag GmbH,10772 BerlinAlleRechtevorbehalten /All rightsr

5、eserved(a) Verein DeutscherIngenieuree.V., Dsseldorf2012Inhalt Seite Contents Page Vorbemerkung . 2 Einleitung . 2 1 Anwendungsbereich . 4 2 Normative Verweise 4 3 Begriffe 4 4 Schden durch tribologische Beanspruchung . 5 4.1 Tribologische Schden durch betriebliche Nutzung 6 4.2 Tribologische Schden

6、 durch Fehler in der Konstruktion 10 5 Beispielbilder 12 Schrifttum 23 Preliminary note . 2 Introduction 2 1 Scope . 4 2 Normative references 4 3 Terminology . 4 4 Damage resulting from tribological stress 5 4.1 Tribological damage resulting from industrial operation . 7 4.2 Tribological damage resu

7、lting from faulty design . 11 5 Examples . 12 Bibliography . 23 B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04 2 VDI 3822 Blatt 2.1.6 / Part 2.1.6 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2012 Vorbemerkung Der Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden u

8、nter Beachtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richtlinie VDI 1000. Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, der Fotokopie, der elektronischen Verwendung und der bersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstn-dig, sind vorbehalten. Die Nutzung dieser VDI-Richtlinie ist unter Wah-rung des Urheb

9、errechts und unter Beachtung der Lizenzbedingungen (www.vdi-richtlinien.de), die in den VDI-Merkblttern geregelt sind, mglich. Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieser VDI-Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt. Preliminary note The content of this guideline has been developed in strict a

10、ccordance with the requirements and rec-ommendations of the guideline VDI 1000. All rights are reserved, including those of reprint-ing, reproduction (photocopying, micro copying), storage in data processing systems and translation, either of the full text or of extracts. The use of this guideline w

11、ithout infringement of copyright is permitted subject to the licensing con-ditions specified in the VDI Notices (www.vdi-richtlinien.de). We wish to express our gratitude to all honorary contributors to this guideline. Einleitung Durch Schadensanalysen sollen die Ursachen fr schadhafte Vernderungen

12、bei Werkstoffen und Produkten bis hin zum Versagen aufgedeckt wer-den. Die sich hieraus ergebenden Erkenntnisse bil-den die Grundlage gezielter Manahmen zur Scha-densabhilfe und -verhtung. Eine der Hauptaufga-ben der Schadensanalyse ist die Auswahl geeigneter Untersuchungsverfahren und die wissensch

13、aftlich fundierte, zusammenfassende Auswertung der Ein-zelergebnisse. Demnach ist es Zweck der Richtlinie: Begriffe zu definieren Schadensarten einheitlich zu benennen und zu beschreiben zur systematischen Vorgehensweise bei der Schadensanalyse anleiten Vergleichbarkeit der Ergebnisse verschiedener

14、Untersuchungsstellen zu gewhrleisten Voraussetzungen zur nachvollziehbaren Doku-mentation zu schaffen Einteilung Richtlinienreihe VDI 3822 Blatt 2.1 Gem dem Bild, dass Schden an thermoplasti-schen Kunststoffprodukten durch Fehler in der Kon-struktion (inklusive der Umsetzung von Anforde-rungen), im

15、Werkstoff, in der Verarbeitung und whrend der Nutzung entstehen knnen, wurde die Richtlinienreihe folgendermaen strukturiert: Die werkstoffbergreifende Richtlinie VDI 3822 behandelt Grundlegendes zur Vorgehensweise. Drei Richtlinien beschreiben mgliche Ursa-chen, die bereits vor der Nutzung auftrete

16、n knnen (Blatt 2.1.1 bis Blatt 2.1.3). Sechs Richtlinien beziehen sich auf mgliche Ursachen whrend der Nutzung (Blatt 2.1.4 bis Blatt 2.1.9). Introduction The purpose of failure analysis is to discover the causes of defective changes in materials and prod-ucts that ultimately lead to failure. The fi

17、ndings thereby obtained provide a basis for targeted measures to remedy and prevent failure. One of the main tasks of failure analysis is the selection of appropriate investigation methods and the scien-tifically sound, comprehensive evaluation of the individual findings. Correspondingly, the object

18、ive of this guideline is to: provide definitions of terms to designate and describe types of failure in a uniform manner provide direction for systematically performing failure analyses ensure the comparability of the results obtained by different analytical laboratories establish requirements for c

19、omprehensible documentation Structure of the series of guidelines VDI 3822 Part 2.1 According to the pattern that defects in thermo-plastic products can result from defects in the de-sign (including the implementation of require-ments), materials, manufacturing process and as a result of wear, this

20、series of guidelines is structured as follows: The guideline VDI 3822, which applies to a number of different materials, deals with fun-damental questions of procedure. Three guidelines describe possible causes that can occur before use (Part 2.1.1 to Part 2.1.3). Six guidelines are related to possi

21、ble causes during use (Part 2.1.4 to Part 2.1.9). B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2012 VDI 3822 Blatt 2.1.6 / Part 2.1.6 3 Eine Richtlinie erlutert die bedeutenden in-strumentellen Analysemethoden in

22、der Scha-densanalyse (Blatt 2.1.10). Blatt 2.1.1 Schden an thermoplastischen Kunststoffprodukten durch fehler-hafte Konstruktion Blatt 2.1.2 Schden an thermoplastischen Kunststoffprodukten durch fehler-hafte Verarbeitung Blatt 2.1.3 Schden an thermoplastischen Kunststoffprodukten durch fehler-hafte

23、Werkstoffauswahl und Fehler im Werkstoff Blatt 2.1.4 Schden an thermoplastischen Kunststoffprodukten durch mecha-nische Beanspruchung Blatt 2.1.5 Schden an thermoplastischen Kunststoffprodukten durch thermi-sche Beanspruchung Blatt 2.1.6 Schden an thermoplastischen Kunststoffprodukten durch tribolo-

24、gische Beanspruchung Blatt 2.1.7 Schden an thermoplastischen Kunststoffprodukten durch media-le Beanspruchung Blatt 2.1.8 Schden an thermoplastischen Kunststoffprodukten durch Witte-rungsbeanspruchung Blatt 2.1.9 Schden an thermoplastischen Kunststoffprodukten durch mikro-bielle Beanspruchung Blatt

25、2.1.10 Bedeutende Analysemethoden fr die Schadensanalyse an thermo-plastischen Kunststoffprodukten Eine Liste der aktuell verfgbaren Bltter dieser Richtlinienreihe ist im Internet abrufbar unter www.vdi.de/3822. Die Richtlinien VDI 3822 Blatt 2.1.1 bis Blatt 2.1.10 gelten jeweils nur in Verbindung m

26、it der Richtlinie VDI 3822. Bei der Ermittlung mglicher Schadensursachen ist zu bercksichtigen, dass sehr hnliche Schadens-bilder durch unterschiedliche Ursachen bzw. Be-anspruchungsarten entstehen knnen. Insofern kann nicht davon ausgegangen werden, dass eine Schadensursache eindeutig identifiziert

27、 ist, sobald in einem der Beibltter ein Schadensphnomen mit dem vorliegenden Schadensbild bereinstimmt. Es liegt aufgrund der fehlenden Ein-Eindeutigkeit in der Verantwortung des Anwenders dieser Richtli-nie, stets alle Beibltter zu bercksichtigen, sofern nicht das Schadensumfeld Ausschlsse zulsst.

28、One guideline explains significant instrumental analysis methods in failure analysis (Part 2.1.10).Part 2.1.1 Defects of thermoplastic products made of plastics caused by faulty design Part 2.1.2 Defects of thermoplastic products made of plastics caused by faulty processing Part 2.1.3 Defects of the

29、rmoplastic products made of plastics caused by an un-favourable choice of material and by defects in the material Part 2.1.4 Defects of thermoplastic products made of plastics caused by me-chanical stress Part 2.1.5 Defects of thermoplastic products made of plastics caused by thermal stress Part 2.1

30、.6 Defects of thermoplastic products made of plastics caused by tribo-logy-induced stress Part 2.1.7 Defects in thermoplastic products made of plastics caused by chemi-cal stress Part 2.1.8 Defects of thermoplastic products made of plastics caused by weather-induced stress Part 2.1.9 Defects of ther

31、moplastic products made of plastics caused by micro-bial stress Part 2.1.10 Significant instrumental analysis methods for failure analysis of pro-ducts made of plastics A catalogue of all available parts of this series of guidelines can be accessed on the internet at www.vdi.de/3822. The guidelines

32、VDI 3822 Part 2.1.1 to Part 2.1.10 are valid only in conjunction with the guideline VDI 3822. In determining possible causes of failure, it should kept in mind that very similar failure modes can result from different causes and/or types of stress. Hence, it cannot be assumed that the cause of fail-

33、ure has been clearly identified, simply because the failure mode that presents itself corresponds to one of failure phenomena described in one of the parts of this guideline. This is no clear indication; the user of this guideline is always responsible for taking all of the parts into consideration,

34、 unless the failure environment justifies exclusions. B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04 4 VDI 3822 Blatt 2.1.6 / Part 2.1.6 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2012 1 Anwendungsbereich Im Folgenden werden die verschiedenen Scha-densa

35、rten, die Schadensmerkmale, die Schadensur-sachen und die Schadensablufe beschrieben, die durch tribologische Beanspruchung an Kunststoff-produkten entstehen. Nach GfT-Arbeitsblatt 7 wird darunter die Beanspruchung der Oberflche eines Festkrpers durch Kontakt und Relativbewegung eines festen, flssig

36、en oder gasfrmigen Gegen-krpers verstanden. Die tribologische Beanspru-chung ist auch dadurch charakterisiert, dass die mechanische Beanspruchung sekundre thermi-sche, tribochemische und physikalische Reaktio-nen zwischen den beteiligten Elementen des tribologischen Systems auslst. Sie ist also nebe

37、n der rein mechanischen, thermischen oder medialen Beanspruchung eine gesonderte Beanspruchungsart, die auf Oberflchenbereiche der Werkstoffe konzen-triert ist und zum Werkstoffinnern hin abklingt. Die aufgefhrten Schden bei Gleit- und Wlzbe-anspruchung (Hydrodynamik, Elastohydro-dynamik, Mischreibu

38、ng, Festkrperreibung/tech-nisch trocken) und bei oszillierender Beanspru-chung (Schwingungsverschlei) treten meist bei den klassischen Maschinenelementen auf, also in geschlossenen Systemen“. Zum Verschlei in offenen Systemen“ zhlt der Abrasivgleitver-schlei sowie der Strmungs- und Strahlverschlei.

39、Diese Richtlinie gilt fr die Schden, die durch das Wirken der Verschleimechanismen Adhsion, Abrasion, Oberflchenzerrttung und tribo-chemische Reaktionen hervorgerufen werden. Sie knnen einzeln oder berlagert auftreten. Die mediale Belastung im tribologischen System z. B. durch Schmierstoffe wird hie

40、r nicht berck-sichtigt. Zur Beschreibung der Wirkung wird auf die Richtlinie VDI 3822 Blatt 2.1.7 verwiesen. 1 Scope In the following, various types of failure that occur in plastic products as a result of tribology induced stress will be described along with the correspond-ing failure characteristi

41、cs, the causes of failure and the failure mechanisms. According to the GfT-Arbeitsblatt 7 (German Society for Tribology Working Paper 7) this is defined as the wear on the surface of a solid body as a result of contact and relative movement of a counterbody in solid, liquid or gas form. A characteri

42、stic of tribological stress is that mechanical stress triggers secondary ther-mal, tribochemical and physical reactions between the elements involved in the tribological system. Hence, it is a separate type of stress that exists in addition to purely mechanical, thermal or chemical stress, on that i

43、s concentrated on the surface of materials and that dissipates towards the core of the material. The types of defects described for sliding and roll-ing stress (hydrodynamic, elastohydrodynamic, mixed friction, solid body friction/technically dry) and for oscillating stress (fretting wear) usually o

44、ccurs in classic machine elements, i.e. in “closed systems”. Wear in “open systems” includes abra-sive sliding wear as well as wear caused by erosion and solid particle erosion. This guideline applies to defects that are caused by the effects of the wear mechanisms adhesion, abra-sion, surface fatig

45、ue and tribochemical reactions. They can occur individually or simultaneously. The chemical stress encountered in a tribological system, e.g. through lubricants, will not be taken into consideration here. For a description of these effects, see the guideline VDI 3822 Part 2.1.7. 2 Normative Verweise

46、 Das folgende zitierte Dokument ist fr die Anwen-dung dieser Richtlinie erforderlich: VDI 3822:2011-11 Schadensanalyse; Grundlagen und Durchfhrung einer Schadensanalyse 2 Normative references The following document is required for the appli-cation of this guideline: VDI 3822:2011-11 Failure analysis

47、; Fundamental and performance of failure analysis 3 Begriffe Fr die Anwendung dieser Richtlinie gelten die folgenden Begriffe: Gleitverschlei Verschlei, der auftritt, wenn zwei Krper tangen-tial aufeinander bewegt werden, wobei der Bewe-gungsablauf oftmals kontinuierlich verluft. Anmerkung: Die Rela

48、tivgeschwindigkeit der Gleitpartner kann nach Betrag und/oder Richtung variieren. 3 Terms and definitions The terms listed below apply as follows in using this guideline. Sliding wear Wear due to the motion of two bodies in the tan-gential plane of contact, whereby this is often a continuous motion.

49、 Note: The relative velocity of the sliding partner can vary according to magnitude and/or direction. B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2012 VDI 3822 Blatt 2.1.6 / Part 2.1.6 5 Kavitation Wenn in einer Flssigkeit der hydrostatische Druck rtlich unter einen kritischen Dampfdruck absinkt, entstehen Gasblasen, die dann in Gebieten h