VDI 3822 Blatt 3-2007 Failure analysis - Failures caused by corrosion in electrolytes.pdf

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1、ICS 03.100.40, 77.060 VDI-RICHTLINIEN Mrz 2007 March 2007 VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE Schadensanalyse Schden durch Korrosion in Elektrolyten Failure analysis Failures caused by corrosion in electrolytes VDI 3822 Blatt 3 / Part 3 Ausg. deutsch/englisch Issue German/English Die deutsche Version dieser

2、 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 Werkstofftechnik Ausschuss Schadensanalyse VDI-Handbuch Werkstoff VDI-Handbuch Betriebstechnik, Teil 4: Betriebsberw

3、achung/Instandhaltung VDI-Handbuch Produktentwicklung und Konstruktion VDI-Handbuch Technische Gebudeausrstung, Band 2: Raumlufttechnik VDI-Handbuch Technische Gebudeausrstung, Band 4: Wrme-/Heiztechnik VDI-Handbuch Verfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen, Band 3: Verfgbarkeit/Schadensanalyse Ver

4、vielfltigung auchfr innerbetrieblicheZwecke nichtgestattet/Reproduction evenfor internaluse notpermittedZubeziehen durch/ Available at Beuth Verlag GmbH, 10772 BerlinAlleRechte vorbehalten /AllrightsreservedVereinDeutscherIngenieuree.V.,Dsseldorf 2007Frhere Ausgabe:10.90; 12.05Entwurf, deutschFormer

5、edition: 10/90; 12/05 Draft, inGerman onlyInhalt Seite Contents Page Vorbemerkung. 2 Einleitung 2 1 Anwendungsbereich . 2 2 Korrosionsbegriffe in Anlehnung an DIN EN ISO 8044 . 3 3 Ordnung von Korrosionsarten 4 4 Behandelte Korrosionsarten. 6 5 System der Korrosionsarten. 7 5.1 Korrosionsarten ohne

6、mechanische Belastung 7 5.2 Korrosionsarten unter mechanischer Belastung 14 5.3 Wasserstoffinduzierte Korrosion. 20 6 Merkmale von Korrosionsarten in Elektrolyten. 22 7 Bilder 44 Schrifttum . 53 Preliminary note 2 Introduction. 2 1 Scope of application2 2 Definitions of corrosion according to DIN EN

7、 ISO 8044 3 3 Characterization of types of corrosion.4 4 Types of corrosion dealt with . 6 5 Classification of types of corrosion 7 5.1 Types of corrosion without mechanical stress . 7 5.2 Types of corrosion involving mechanical stress. 14 5.3 Hydrogen induced corrosion . 20 6 Characteristics of typ

8、es of corrosion in electrolytes . 22 7 Figures 44 Bibliography 53 B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08 2 VDI 3822 Blatt 3 / Part 3 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2007 Vorbemerkung Der Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter s

9、orgfltiger Bercksichtigung der Vorgaben und Empfehlungen der Richtlinie VDI 1000. Allen, die ehrenamtlich an der Erstellung dieserRichtlinie mitgewirkt haben, sei auf diesem Wege gedankt. Alle Rechte vorbehalten, auch das des Nachdrucks, der Wiedergabe (Fotokopie, Mikrokopie), der Speicherung in Dat

10、enverarbeitungsanlagen und der bersetzung, auszugsweise oder vollstndig. Die Nutzung dieser VDI-Richtlinie als konkrete Ar-beitsunterlage ist unter Wahrung des Urheberrech-tes und unter Beachtung der VDI-Merkbltter 1 bis 7 mglich. Ausknfte dazu, sowie zur Nutzung im Wege der Datenverarbeitung, ertei

11、lt die Abteilung VDI-Richtlinien im VDI. Preliminary note The content of this guideline has been developed under thorough consideration of the requirements and recommendations of guideline VDI 1000. We wish to express our gratitude to all honorary contributors to this guideline. All rights reserved

12、including those of reprinting, reproduction (photocopying, microcopying), stora-ge in data processing systems, and translation, either of the full text or of extracts. This VDI gui-deline can be used as a concrete project document without infringement of copyright and with regard to VDI notices 1 to

13、 7. Information on this, as well as on the use in data processing, may be obtained by the VDI Guidelines Department at the VDI. Einleitung Durch Schadensanalysen sollen die Ursachen fr das Versagen von Technischen Systemen oder Bauteilen aufgedeckt werden. Die sich hieraus ergebenden Erkenntnisse bi

14、lden die Grundlage fr Manahmen zur Schadensabhilfe und -verhtung. Die Richtlinie VDI 3822 hat den Zweck, fr den Bereich der Schadensanalyse Begriffe zu definieren, Schadensarten einheitlich zu benennen und zu beschreiben, eine systematische Vorgehensweise zu ermg-lichen, Vergleichbarkeit der Ergebni

15、sse verschiedener Untersuchungsstellen zu gewhrleisten und Voraussetzungen zur Dokumentation zu schaf-fen. Introduction By analyzing failures it should be possible to dis-cover the causes of malfunctions in technical sys-tems and components. The knowledge gained through such analyses can provide a b

16、asis for deve-loping measures that can rectify or prevent failures. Guideline VDI 3822 is intended to accomplish the following with regard to failure analysis: to define terminology to provide uniform designations and descrip-tions for various types of failure to facilitate a systematic approach to

17、ensure that the findings of different institu-tions can be compared with each other, and to create the necessary framework for docu-mentation. 1 Anwendungsbereich Blatt 1 behandelt Grundlagen, Begriffe und Defini-tionen sowie den Ablauf einer Schadensanalyse und ihre Dokumentation. Blatt 2 bis Blatt

18、 5 beschreiben die verschiedenen Schadensarten, die Schadensmerkmale, die Scha-densursachen und die Schadensablufe: Blatt 2: Schden durch mechanische Bean-spruchungen Blatt 3: Schden durch Korrosion in Elektrolyten Blatt 4: Schden durch thermische Bean-spruchungen Blatt 5: Schden durch tribologische

19、 Bean-spruchungen Die Richtlinien VDI 3822 Blatt 2 bis Blatt 5 gelten jeweils nur in Zusammenhang mit der Richtlinie VDI 3822 Blatt 1. 1 Scope of application Part 1 deals with fundamentals, terminology and definitions, as well as the process of a failure analysis and its documentation. Part 2 to Par

20、t 5 describe different types of failures, characteristics of failure and the failure processes:Part 2: Failures due to mechanical stress Part 3: Failures due to corrosion in electrolytes Part 4: Failures due to thermal stress Part 5: Failures due to tribologic stress The guidelines VDI 3822 Part 2 t

21、o Part 5 are valid only in conjunction with guideline VDI 3822Part 1. B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2007 VDI 3822 Blatt 3 / Part 3 3 Die vorliegende Richtlinie behandelt Schden durch Korrosion b

22、ei Temperaturen, die in der Re-gel maximal beim Siedepunkt des jeweiligen, zu-meist wssrigen Elektrolyten liegen. Hierbei handelt es sich berwiegend um Korrosi-onsarten, die als Folge elektrochemischer Reaktio-nen auftreten. Diese laufen ausschlielich in Ge-genwart ionenleitender Phasen (Elektrolytl

23、sun-gen) ab und bewirken einen elektrolytischen Me-tallabtrag oder eine Beeintrchtigung der Werk-stoffeigenschaften. Korrosionsreaktionen knnen jedoch auch in Ab-wesenheit ionenleitender Phasen ablaufen. In die-sem Fall handelt es sich um chemische oder me-tallphysikalische Vorgnge. Die vorliegende

24、Richt-linie bercksichtigt Korrosionsarten dieses Typs nicht. Korrosionsarten, die durch elektrochemische Kor-rosionsreaktionen oder durch entsprechende me-tallphysikalische und chemische Reaktionen bei hohen Temperaturen ausgelst werden, sind in VDI 3822 Blatt 4 beschrieben. Bei den in dieser Richtl

25、inie behandelten Korrosi-onsarten kann zwischen solchen unterschieden werden, deren Initiierung keine mechanische Be-anspruchung voraussetzt und solchen, bei denen eine mechanische Belastung des Bauteils Vorbe-dingung ist. Bis auf tribochemische Schden, die in VDI 3822 Blatt 5 behandelt werden, sind

26、 mechanisch initi-ierte Korrosionsarten im vorliegenden Blatt be-rcksichtigt. This guideline deals with failures due to corrosion that occur in, for the most part, aqueous electro-lytes at temperatures generally below their boiling points Most of the types of corrosion discussed are a re-sult of ele

27、ctrochemical reactions. Most of these take place in the presence of ionically conducting phases (electrolyte solutions) and cause the electro-lytic loss of metals or the impairment of the mate-rials properties. Corrosion reactions can also take place in the ab-sence of ionically conducting phases. I

28、n such cases corrosion is the result of chemical or metal physi-cal processes. This guideline does not address this type of corrosion. Types of corrosion caused by electrochemical cor-rosion reactions or by corresponding metal physi-cal and chemical reactions at high temperatures are described in VD

29、I 3822 Part 4. In the case of the types of corrosion addressed in this guideline we can distinguish between types that are initiated without mechanical stress and those for which mechanical stress on a component is a necessary precondition. All types of mechanically initiated corrosion, fail-ure, wi

30、th the exception of tribochemical failures, which will be addressed in VDI 3822 Part 5, are considered in this Part. 2 Korrosionsbegriffe in Anlehnung an DIN EN ISO 8044 Mit Korrosion wird die Reaktion zwischen metalli-schen Werkstoffen und ihrer Umgebung bezeich-net, die zu Eigenschaftsvernderungen

31、 der Werk-stoffe und der Bauteile fhrt und in deren Folge die ordnungsgeme Funktionsfhigkeit technischer Systeme erheblich beeintrchtigt werden kann. Die Umgebung wird dabei als Elektrolyt bezeichnet. In diesem sind spezielle Angriffsmittel vorhanden, die die Korrosion verursachen. Angriffsmittel un

32、d Elektrolyt knnen identisch sein. Das technische System bildet zusammen mit dem Elektrolyten das Korrosionssystem. Auf Grund der Korrosion kommt es an den verwendetenmetallischen Werkstoffen zu Vernderungen, die als Korrosionserscheinung bezeichnet werden. Diese ergeben sich als Folge der jeweils w

33、irken-den, systemspezifischen Korrosionsart. Wenn die Korrosion zu einer Beeintrchtigung der Funkti-2 Definitions of corrosion according to DIN EN ISO 8044 Corrosion is defined as a reaction between a metal-lic material and its environment that induces a transformation in the properties of the mater

34、ial or component, which can considerably diminish the technical systems ability to function properly. The environment is referred to as an electrolyte. It con-tains special attack media, which cause corrosion. The attack media and the electrolyte can be identi-cal. The technical system and the elect

35、rolytes join to form a corrosion system. Corrosion leads to changes in the metallic materials involved; thesechanges are called corrosion effects. They are a result of the specific type of corrosion that affects this system. When corrosion diminishes the techni-cal systems ability to function, this

36、is referred to as corrosion damage, which can ultimately lead to B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08 4 VDI 3822 Blatt 3 / Part 3 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2007 onsfhigkeit des technischen Systems fhrt, spricht man von einem K

37、orrosionsschaden, der schlielich zur Funktionsunfhigkeit des technischen Systems infolge eines Korrosionsversagens fhren kann. Als Folge der Korrosion knnen Korrosionspro-dukte entstehen. Wenn ein metallischer Werkstoff trotz Kontaktes mit dem Elektrolyt nicht angegriffen wird, spricht man von Korro

38、sionsbestndigkeit. Diese hngt selbstverstndlich vom Korrosionssystem ab. Wenn dagegen ein Elektrolyt Korrosion verur-sacht, ordnet man ihm die gleichfalls systemspezi-fische Eigenschaft Korrosivitt zu. Bei Vorliegen gesicherter Erkenntnisse kann fr ein gegebenes Korrosionssystem eine Korrosionswahrs

39、cheinlich-keit angeben werden. In der Praxis wird ein Bauteil trotz auftretender, gleichmiger Flchenkorrosion hufig als bestn-dig betrachtet, wenn die jhrliche Abtragsrate im Kontakt mit dem Elektrolyten 30 Massenprozent, ein. In der Re-gel wird die (unedlere) Zn-reiche -Phase heraus-gelst, die (edl

40、ere) Cu-reiche -Phase wird katho-disch geschtzt. Nach Auflsen der -Phase wird das darin vorhan-dene Kupfer wieder galvanisch abgeschieden. Bei eher lokalem Angriffsfortschritt spricht man von Pfropfenentzinkung, bei flchigem Angriff von Lagenentzinkung. Besonders erstere Variante kann zum Durchbruch

41、 fhren. Entzinkung kann in chloridhaltigen und sauren Elektrolyten auftreten. Feinkrnige Gefge sind weniger anfllig als Gefge mit grberem Korn. Besonders nachteilig ist eine netzartige Anordnung des -Gefgeanteils. Entaluminierung Dies Korrosionsart stellt sich an zweiphasigen Kupfer-Aluminium-Legier

42、ungen (Aluminium-bronze) bevorzugt bei Aluminiumgehalten 5 Massenprozent ein. In der Regel wird die (un-edlere) Al-reiche -Phase herausgelst, die (edle-re), Cu-reiche -Phase wird kathodisch geschtzt. Diese Korrosionsart setzt im Allgemeinen einen aggressiven Elektrolyt voraus, kann jedoch auch im Ko

43、ntakt mit verunreinigtem Feuchtdampf auf-treten. Nach dem Auflsen der -Phase wird das darin vorhandene Kupfer galvanisch wieder abgeschie-den. Durch Vermindern des tragenden Querschnitts kann es zum mechanischen Versagen des betroffe-nen Bauteils kommen. Graphitic corrosion This type of corrosion ca

44、n be found in cast iron with lamellar graphite when galvanic micro-cells are formed between (the more noble) graphi-te/cementite/phosphide eutectic and (the less nob-le) underlying ferritic-perlitic mass in an oxygen-starved corrosion agent (soil, water). In such cases, a selective solution of the u

45、nderlying ferritic-perlitic mass takes place; the result is a loss of strength in a component as a result of the reduction in the supporting cross section. A requirement for the occurrence of corrosive failure is a coherent eutecticum in the structure. Dezincification This type of corrosion occurs i

46、n a two-phase cop-per-zinc-alloy (brass), preferentially with a zinc content of 30 percent by mass. As a rule, the (less noble) Zn-rich -phase is depleted and the (more noble) Cu-rich -phase is cathodically pro-tected. After having been dissolved in the -phase, the copper is galvanically redeposited

47、. In cases where the progress of the attack is more local, one refers to it as plug type dezincification, cases of more extensive attack are referred to as uniform-layer dezincification. The first type, in particular, can lead to a perforation. Dezincification can occur in electrolytes that are acid

48、ic or have a chloride content. Fine grained microstructures are less susceptible than mic-rostructures with larger grains. A particular disad-vantage is a network-like arrangement of the -portion of the microstructure. Dealuminization This type of corrosion occurs in dual-phase cop-per-aluminium-all

49、oys (aluminium bronze) prefe-rably with an aluminium content of 5 mass per-cent. As a rule, the (less noble) Al-rich -phase is removed, the (more noble), Cu-rich -phase is cathodically protected. This type of corrosion ge-nerally requires an aggressive electrolyte, but can also take place through contact with polluted steam. After the dissolution of the -phase, the copper that is present is galvanically redeposited. As a