VDI 3822 Blatt 2-2008 Failure analysis - Failures caused by mechanical working conditions.pdf

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1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEURESchadensanalyseSchden durch mechanische BeanspruchungenFailure analysisFailures caused by mechanical working conditionsVDI 3822Blatt 2 / Part 2Ausg. deutsch/englischIssue German/EnglishVDI-Handbuch WerkstofftechnikVDI-Handbuch Betriebstechnik, Teil 4: Betriebsberwachung/Ins

2、tandhaltungVDI-Handbuch Produktentwicklung und KonstruktionVDI-Handbuch Verfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen, Band 3: Verfgbarkeit/SchadensanalyseVDI-RICHTLINIENICS 03.100.40 April 2008Inhalt SeiteVorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Einleitung. . . . . . . . . . . . . . . . . .

3、 . . . . 21 Anwendungsbereich . . . . . . . . . . . . . . 32 Schadensarten . . . . . . . . . . . . . . . . . 32.1 Benennung von Gewaltbrchen. . . . . . . 32.2 Benennung von Schwingbrchen . . . . . . 42.3 Tabellen mit Schadensarten . . . . . . . . . 53 Bilder von Brchen, die durch mechanische Beanspr

4、uchungen entstanden sind . . . . . . 32Schrifttum. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36Vervielfltigung auchfr innerbetrieblicheZwecke nicht gestattet / Reproduction even for internal use not permittedDie deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich. The German version of this guideline

5、 shall be taken as authorita-tive. No guarantee can be given with respect to the English trans-lation.VDI-Gesellschaft WerkstofftechnikAusschuss SchadensanalyseFrhere Ausgaben: 02.84;05.06 Entwurf,deutschFormereditions: 02/84;05/06 Draft,inGermanonlyZubeziehendurch / Available atBeuth Verlag GmbH, 1

6、0772 Berlin Alle Rechtevorbehalten/ All rights reserved VereinDeutscher Ingenieuree.V., Dsseldorf 2008Contents PagePreliminary note . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Scope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 Types of failure . . .

7、 . . . . . . . . . . . . . . 32.1 Designation of forced fractures. . . . . . . 32.2 Designation of fatigue fractures . . . . . . 42.3 Tables surveying types of failure . . . . . . 53 Pictures of fractures that resulted from mechanical conditions. . . . . . . . . . . . . 32Bibliography . . . . . . .

8、. . . . . . . . . . . . . 36B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2008 2 VDI 3822 Blatt 2 / Part 2VorbemerkungDer Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Be-achtung der Vorgaben und Empfehlungen d

9、er Richt-linie VDI 1000.Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, der Fotokopie, der elektronischen Verwendung und der bersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstndig, sind vorbehalten.Die Nutzung dieser VDI-Richtlinie ist unter Wahrung des Urheberrechts und unter Beachtung der Lizenz-bedingung

10、en (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.EinleitungDurch Schadensanalysen sollen die Ursachen fr das Versagen von Werkstoffen und Bauteilen aufgedeckt werden. Die sich

11、hieraus ergebenden Erkenntnisse bilden die Grundlage gezielter Manahmen zur Scha-densabhilfe und -verhtung. Eine der Hauptaufgaben der Schadensanalyse ist die Auswahl geeigneter Un-tersuchungsverfahren und die wissenschaftlich fun-dierte, zusammenfassende Auswertung der Einzel-ergebnisse. Demnach is

12、t es Zweck der Richtlinie:Begriffe zu definierenSchadensarten einheitlich zu benennen und zu be-schreibendie systematische Vorgehensweise bei einer Scha-densanalyse zu ermglichenVergleichbarkeit der Ergebnisse verschiedener Untersuchungsstellen zu gewhrleisten und damit Voraussetzungen zur Dokumenta

13、tion zu schaffenDie Richtlinie VDI 3822 Blatt 1 behandelt Grund-lagen, Begriffe und den Ablauf einer Schadensana-lyse. In den folgenden Blttern werden die verschie-denen Schadensarten, die Schadenserscheinungen, die Schadensursachen und die Schadensablufe be-schrieben.Blatt 1 Grundlagen, Begriffe un

14、d Definitionen; Ablauf einer SchadensanalyseBlatt 2 Schden durch mechanische Beanspru-chungenBlatt 3 Schden durch Korrosion in ElektrolytenBlatt 4 Schden durch thermische Beanspruchun-genBlatt 5 Schden durch tribologische Beanspru-chungenVDI 3822 Blatt 2 bis Blatt 5 gelten jeweils nur in Ver-bindung

15、 mit VDI 3822 Blatt 1.Preliminary noteThe content of this guideline has been developed in strict accordance with the requirements and recom-mendations of the guideline VDI 1000.All rights are reserved, including those of reprinting, reproduction (photocopying, micro copying), storage in data process

16、ing systems and translation, either of the full text or of extracts.The use of this guideline without infringement of cop-yright is permitted subject to the licensing conditions specified in the VDI notices (www.vdi-richtlinien.de). We wish to express our gratitude to all honorary con-tributors to t

17、his guideline.IntroductionBy analyzing failures, it should be possible to dis-cover what causes materials and components to fail. The findings derived from such analyses provide a basis for measures aimed at remedying and prevent-ing failures. One of the main tasks of failure analysis is to select s

18、uitable methods of assessment and to per-form sound, comprehensive scientific assessments of the individual findings. Correspondingly, the purpose of this guideline is:to define terminologyto provide uniform designations and descriptions of types of failureto facilitate a systematic approach to fail

19、ure analy-sisto ensure the comparability of the findings of dif-ferent testing facilities, thereby creating the neces-sary preconditions for proper documentationThe guideline VDI 3822 Part 1 addresses fundamen-tals, terminology and definitions, as well as proce-dures for analyzing failure. In the fo

20、llowing parts, various types of failure, their appearance, their causes and the processes involved shall be described. Part 1 Fundamentals, terms, definitions; Procedure of failure analysesPart 2 Failures caused by mechanical working con-ditionsPart 3 Failures caused by corrosion in electrolytesPart

21、 4 Failures caused by thermal loading Part 5 Failures caused by tribology working condi-tionsVDI 3822 Part 2 to Part 5 are valid only in conjunc-tion with VDI 3822 Part 1.B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldo

22、rf 2008 VDI 3822 Blatt 2 / Part 2 3 1 AnwendungsbereichIn der vorliegenden Richtlinie sind Schden beschrie-ben, die durch mechanische Beanspruchungen ent-stehen. Mithilfe der aufgefhrten Bruchformen kn-nen die in der Praxis auftretenden Brche klassifiziert werden (Tabelle 2 bis Tabelle 5). Bruchform

23、en, die fast ausschlielich bei Laborversu-chen entstehen, z. B. das Ausziehen zu einer Spitze oder einer Schneide bei reinen duktilen Metallen, sind in dieser Richtlinie nicht bercksichtigt. Herstel-lungsfehler, die zu Brchen fhren knnen, sind ebenfalls nicht aufgefhrt. Daher sind auch keine Schden

24、erfasst, die durch starke Schlackenzeilen oder Doppelungen entstehen.Schwingbrche im Zusammenhang mit tribologi-schen Beanspruchungen (z. B. bei Wlzlagern und Zahnrdern) werden in der Richtlinie VDI 3822 Blatt 5 beschrieben. Schden durch Verformungen behandelt die Richtlinie VDI 3822 Blatt 4, da sie

25、 hufiger bei erhhten Temperaturen auftreten. Sind Verformungsschden bei Raumtemperatur entstan-den, gilt VDI 3822 Blatt 4 sinngem. Zu berck-sichtigen bleibt, dass die Festigkeitskennwerte tem-peraturabhngig sind und die Wirkung von Deck-schichten nicht bercksichtigt ist.2 Schadensarten2.1 Benennung

26、von GewaltbrchenAufgrund ihrer Bildungsmechanismen und ihrer Er-scheinungsformen weisen die Brche zahlreiche spe-zifische Merkmale auf, die man alternativ zu ihrer Bezeichnung verwendet. In der vorliegenden Richt-linie werden die Brche in erster Linie nach ihrer ma-kroskopischen Erscheinung und nach

27、 der von auen einwirkenden Beanspruchungsart benannt.Gewaltbrche mit makroskopisch sichtbarer Verfor-mung des Bauteils werden als zhe Gewaltbrche be-zeichnet. Umgekehrt definiert der sprde Gewalt-bruch (Sprdbruch) das gewaltsame Bauteilversagen ohne erkennbare makroskopische plastische Defor-mation.

28、 Hufig treten auf einer Bruchflche Anteile von zhem und sprdem Gewaltbruch nebeneinander auf. Zustzlich kann zur Namensgebung die Form des Bruchs, z. B. frserfrmig, angegeben werden. Nach dieser Regel wird der Oberbegriff der Bruchbe-nennung gebildet (Tabelle 1).Parallel dazu unterteilt man die Gewa

29、ltbrche nach ihrem Bildungsmechanismus und der zugehrigen mikroskopischen Erscheinungsform (siehe auch SEP 1100 Teil 1). Als Gleitbruch bezeichnet man die mikroskopisch duktile Modifikation des Gewalt-1ScopeIn this guideline, failures that result from mechanical conditions are described. By referrin

30、g to the types of fracture described in this guideline, it is possible to classify fractures that occur in practice (Table 2 to Table 5).Types of fracture that occur almost exclusively in lab-oratory testing, e. g. the elongation of purely ductile metals to a point or blade, are not considered in th

31、is guideline. Production flaws that can lead to fractures are also not discussed. Therefore, failures that result from elongated slag inclusions or twinning will also not be addressed. Fatigue fractures in conjunction with tribology condi-tions (e. g. in roller bearings and gears) will be de-scribed

32、 in guideline VDI 3822 Part 5. Failures caused by deformation are addressed in guideline VDI 3822 Part 4, since they occur more frequently at higher temperatures. In cases where failures caused by deformation have occurred at room temperature VDI 3822 Part 4 applies analogously. Finally, it must als

33、o be kept in mind that strength factors are depend-ent upon temperature, and that the effects of coatings are also not considered.2 Types of failure2.1 Designation of forced fracturesAs a result of the mechanisms that lead to the propa-gation of fractures and the situations in which they occur, frac

34、tures display a number of specific charac-teristics that are used alternately in designating them. In this guideline, fractures will be designated prima-rily in accordance with their macroscopic appearance and according to the type of load that affects them.Forced fractures that exhibit a macroscopi

35、cally visi-ble deformation of the component are designated as ductile forced fractures. Conversely, brittle forced fracture (brittle fracture) is defined as the forced fail-ure of a component without previous, macroscopi-cally visible, plastic deformation. Fractured surfaces often exhibit areas of b

36、oth ductile and brittle forced fracture in close proximity to each other. In addition, the designation of the fracture can be determined by its shape, e. g. cutter shaped.The general term for designating the type of fracture is derived according to this rule (Table 1).Parallel to this, forced fractu

37、res are classified accord-ing to their propagation mechanisms and their corre-sponding microscopic appearance (cf. SEP 1100 Part 1). A shear fracture is the microscopically duc-tile modification of a forced fracture; the decisive fac-B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-

38、08Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2008 4 VDI 3822 Blatt 2 / Part 2bruchs; mageblich fr die Trennung sind die maxi-malen Schubspannungen. Aufgrund des rastermikro-skopischen Bilds wird in diesem Fall auch von Wa-benbruch gesprochen. Spaltbrche nennt man die mikrosk

39、opisch sprde Modifikation des Gewalt-bruchs, ausgelst durch die maximale Zugspannung. Gleit- und Spaltbruch knnen sowohl transkristallin als auch interkristallin (Korngrenzenbruch) verlau-fen.1)In den nachfolgenden Bruchbeschreibungen wird von dem blichen Fall ausgegangen, dass makrosko-pisches und

40、mikroskopisches Verformungsverhalten bereinstimmen (beide zh oder beide sprde). Gele-gentlich versagt jedoch auch ein Werkstoff nach star-ker plastischer Verformung des Bauteiles als Spalt-bruch; umgekehrt kann er sich zu Waben ausziehen lassen, ohne dass eine erkennbare Bauteildeforma-tion vorangeg

41、angen wre.2.2 Benennung von SchwingbrchenDie Schwingbrche werden hnlich wie die Gewalt-brche anhand des makroskopischen Schadensbilds und der Art der uerlich wirkenden Beanspruchung benannt. Zustzlich soll der Anteil der Restgewalt-bruchflche (Restbruchflche) an der Gesamtbruch-flche angegeben werde

42、n (Tabelle 2). 1)Den missverstndlichen Begriff Normalspannungsbruch“ sollte man vermeiden. Er wird sowohl zur Beschreibung des Bruchmecha-nismus als auch als Orientierungsangabe fr die Lage der Bruchfl-che herangezogen. Wenig przis ist auch die Angabe Schubspan-nungsbruch“; sie trifft generell fr al

43、le Arten des Gleitbruchs zu.tor leading to separation is maximum shear stress. Based on the images produced by scanning micro-scopes, one refers to such fractures as dimple frac-tures. A cleavage fracture is the microscopically brittle modification of the forced fracture caused by maximum levels of

44、tensile stress. Shear and cleavage fractures can be both transcrystalline as well as inter-crystalline (granular boundary fracture).1) The descriptions of fractures in the following will re-fer to normal cases, in which macroscopic and micro-scopic deformation behaviour correspond with each other (b

45、oth are ductile or both brittle). Occasionally, however, a material will also fail as a result of cleav-age fracture after a component has exhibited consid-erable plastic deformation; conversely, it can be elon-gated to form dimples, without previous recognizable deformation of the component.2.2 Des

46、ignation of fatigue fracturesSimilar to the case with forced fractures, fatigue frac-tures can also be designated according to the macro-scopic appearance of the failure and the type of load condition that effects it externally. In addition, the proportion of the residual forced fracture surface (re

47、-sidual fracture surface) in relation to the total fracture surface should be indicated (Table 2).1)The ambiguous term “normal stress fracture” should be avoided. It is used both to describe the fracture mechanism as well as to indicate the orientation of the fracture surface. The term “shear stress

48、 fracture” is also imprecise; it generally applies to all types of shear fracture. Tabelle 1. Benennung von GewaltbrchenTable 1. Designation of forced fractures Benennungsparameter BeispielMakroskopisches Verformungsverhaltenggf. makroskopische Gestalt (frserfrmig ) und makroskopisches Verformungsve

49、rhalten (zh, sprde) und Belastungsart (Zug, Druck, Torsion ) und Bruchartfrserfrmiger zher Zug-GewaltbruchMikroskopisches VerformungsverhaltenGleitbruch (Wabenbruch) oder Spaltbruch und ggf. transkristallin, interkristallin (Korngrenzenbruch)transkristalliner SpaltbruchDesignation parameter ExampleMacroscopic deformation behaviourif exhibited: macroscopic form (cutter shaped ) and macroscopic deformation behaviour (ductile, brittle) and loading co