Schadenskunde
Schadenskunde Werkstoffkunde
Schadenskunde Werkstoffkunde
Auf dem Bild sind Pulverteilchen einer schnell erstarrten Al-Legierung zu sehen.
Ist diese Aufnahme mit einem Lichtmikropskop oder mit einem REM gemacht worden?
REM
Was sind im REM nutzbare Signale?
SKizze hilfreich!
siehe Bild
Zeichne schematisch die Tiefe eines einfallenden REM Strahls mit ihren verschienden Zonen.
Tipp: "Glühbirne"
siehe Bild
Gesamttiefe ca. 1-3 micrometer
Welche unterschiedlichen Abbildungsmöglichkeiten mit einem REM gibt es?
Beschreibe diese!
Abbildung mittels Sekundärelektronen (SE)
- niederenergetische Elektronen (max. 50 eV (Elektronenvolt)
- können mit Hilfe einer Saugspannung leicht zu einem Detektor gelenkt werden
- Aufgrund ihrer geringen Energie können sie nur aus dünnen Oberflächenschichten stammen, weshalb mit ihnen die beste Auflösung erzielt wird.
- Der Kontrast wird hauptsächlich bestimmt von der Oberflächentopographieder Probe.
- Untersuchung von Morphologischen Besonderheiten
Abbildung mittels Rückstreuelektronen (RE)
- höherenergetische Elektronen
- können bis zu 100% der Energie der Primärelektronen haben
- typische Kontrast ist der sogenannte „Materialkontrast“
- Ausbeute von RE hängt von der mittleren Kernladungszahl des untersuchten Probenbereichs ab
- Für Polymeruntersuchungen kann hiermit ein Füllstoff (z.B. Glasfasern, Talkum etc.) im Vergleich zur Matrix (z.B. PE, PP etc.)besser dargestellt werden.
Auf dem Bild zu sehen: Direkter Bildvergleich SE (a) - RE (b)
Was versteht man unter der Energiedispersiven Röntgenspektroskopie - EDX?
- chemisches Analysenverfahren, das Elemente von Bor bis Uran (Kernladungszahlen 5 bis 92) zu detektieren vermag
- qualitative als auch quantitative Analysen möglich.
- schnelle chemische Informationen einer Probenoberfläche
- EDX-Detektoren sind nahezu standardmäßig an Elektronenmikroskope geflanscht
- komfortable Auswahl des Probenbereichs (kleine Bezirke oder Punktmessungen
- es entsteht Röntgenbremsstrahlung als auch charakteristische Röntgenstrahlung, letztere ist maßgebend für die chemische Analyse.
Jedem chemischen Element entsprechen charakteristische Energiewerte der gemessenen Signale. Das
Ergebnis einer EDX-Untersuchung ist ein Spektrum, bei dem die Anzahl (Counts) der Signale (Röntgenquanten) in Abhängigkeit von der jeweiligen Energie (Elektronenvolt) angegeben wird. Je höher ein Peak
bei der jeweiligen Energie, desto mehr von dem entsprechenden Material ist in der Probe vorhanden.
Nenne mögliche Ursachen für Gewaltbrüche
- Beanspruchungsprofil > Eigenschaftsprofil
- Werkstoff hat nicht (mehr) die geforderten Festigkeitseigenschaften
⇒ Herstellungs- und/oder Produktionsfehler
⇒ Alterung (zeitliche Veränderung von Werkstoffeigenschaften)
- Lastannahmen und Werkstoffauswahl sind möglicher Weise nicht angemessen
- Mehrachsige äußere Belastungen und unerwartete Eigenspannungen sind oft nur schlecht bewertbar.
Gewaltbrüche entstehen durch mechanische Überbelastung bei mäßig schneller bis schlagartiger Beanspruchung.
Welche Gewaltbrucharten erkennst du auf diesem Bild?
a) Transkristalliner Spaltbruch
b) interkristalliner Spaltbruch
c) duktiler Bruch
d) zur Spitze ausgezogener Gleitbruch
e) Schubbruch
Welche Bruchart erkennst du auf diesem Bild?
Zäher Gewaltbruch (gerade Waben im Restgewaltbruch einer Stahlfeder)
Welche Bruchart erkennst du auf diesem Bild?
Zäher Gewaltbruch (Silikateinschlüsse bestimmen Wabenform und Wabengröße in der Schweißnaht eines unlegierten C-Stahls).
Silikateinschlüsse entstehen ungewollt beim Gießen
Welche Bruchart erkennst du auf den Bildern?
Spröder Gewaltbruch - Korngrenzenbrüche (Interkristallin)
a) glatte Korngrenzen
b) Korngrenzen mit Ausscheidungen (Rauhigkeit)
Was ist auf dem Bild deutlich erkennbar?
Spröder Gewaltbruch - nach Härteprüfung nach Vickers
Welche Bruchart ist auf dem Bild zu erkennen?
Spröder Gewaltbruch
In der Schweißzone eines
Stahls (mit ~30 Gew.% Cr)
trat Spaltbruch auf. An der
Spaltfläche lassen sich die
verschiedenen federartig
orientierten Fortschrittsrichtungen innerhalb eines
Kornes anhand der durch
Streifen getrennten Bruchbahnen erkennen. Fortschrittsrichtung von unten
nach oben.
Welche Bruchart ist auf dem Bild zu erkennen?
Spaltbrüche in ReinTantal, entstanden unter
Wasserstoffeinfluss.
An einigen Korngrenzen
ist die Entstehung
vieler neuer Spaltbruchbahnen zu sehen.
Viele Risse ergeben ein "Rissfeld"
Was ist auf dem Bild zu erkennen?
Korngrenzenausscheidungen (Titankarbide) verursachten interkritslline Trennungen in einem Werkstück aus martensitaushärtendem Ni-Co-Mo-Stahl, das unter mehrachsigen Spannungen stand.
Zeichne eine schematische Darstellung der Entstehung von Auswölbungen (Extrusionen) und Einwöbungen (Intrusionen).
siehe Bild
Solche Extrusionen und Intrusionen entstehen in schwingungsbeanspruchten metallischen Werkstoffen.
Schwingungsbruch:
Was erkennst du auf dem Bild?
Gleitbänder in der Oberfläche einer biegewechselbeanspruchten Probe aus weichem Baustahl
Schwingungsbruch:
Was erkennst du auf dem Bild?
Gleitlinien innerhalb des Gleitbandes und entlang der Gleitebenen bei einer biegewechselbeanspruchten Probe aus Stahl
Schwingungsbruch:
Was ist auf dem Bild zu erkennen?
Typische Morphologie einer Schwingungsbruchfläche
A) Anriss
D) Dauerbruchfläche
G) Rest-/Gewaltbruchfläche
R) Rastlinien
Was zeigt das Bild?
Makroskopische Brucherscheinungen eines Schwingungsbruches
Schwingungsbruch:
Was ist auf dem Bild zu erkennen?
Kristallographisch orientierte Schwingungsstreifen im Stadium II in einer Laborprobe Nickelbasislegierung bei 600°C
--> feine Rasterung: "Schwingstreifen"
Welche Arten von Schadensursachen gibt es?
- Produktfehler
- Konstruktionsfehler
- Planung
- Formgebung
- Bemessung
- Herstellungsvorschrift
- Werkstoffauswahl
- Werkstofffehler
- Lunker, Poren
- Fremdeinschlüsse
- Seigerungen
- Spanlose Formgebung
- Wärmebehandlung
- Alterungsanfälligkeit
- Ausführungsfehler
- Spanende Bearbeitung
- Verbindungstechnik
- Wärmebehandlung
- Zusammenbau
- Unvollkommenheit der Technik
- Betriebsfehler
- Bedienungs- und Wartungsfehler
- Folgeschäden
- Verschleiß
- Fressen
- Korrosion
- Lockerungen
- Versagen von Schutzeinrichtungen
- Instandsetzungfehler
- Fehler beim Richten
- Schweißen
- Natur- und höhere Gewalt
- Sonstiges: Lagerung, Transport, Werkstoffverwechslung...
Wie gestaltet sich der grundsätzliche Ablauf einer Schadensfalluntersuchung?
- Schadenfall
- Schadensbild
- (Sichtprüfung
- photografische Doku
- konstruktive Doku
- Brüche
- Korrosionserscheinungen
- Sollgrößen
- Bauteilfunktion
- Betriebsvorschrift
- mechanische Auslegung
- Vorgeschichten
- Abnahme
- Prüfzeugnisse
- Inbetriebnahme
- Vorbewertung
- Beanspruchungsanalyse
- Werkstoffanalyse
- Fertigungsanalyse
- Einzeluntersuchung
- chemische Analyse
- Härtemessungen
- metallographische Gefügeuntersuchungen
- Schadensbewertung
- Objektive Doku
- Durchführung einer Versagensbetrachtung
- zweifelsfreie Begründung der Schadensursache
- Schadensursachen / Schadensvermeidung
- Reparaturvorschläge
- Konstruktionsveränderungen
- Werkstoffwechsel
Was sind bezüglich Festigkeitslehre typische Grundaufgaben in der Schadenskunde?
- Festigkeitsnachweis (Spannungsnachweis)
- Steifigkeitsnachweis
- Dimensionierung
- Belastbarkeitsrechnung
Welche Beanspruchungen technischer Teile und Maschinen werden unterschieden?
- Zug
- Druck
- Scherung
- Biegung
- Torsion
- Schub
Was muss bei der Werkstoffauswahl mit dem Eigenschaftsprofil in Einklang gebracht werden?
Beanspruchungsprofil
Welche Versagensarten und Vorstufen des Versagens gibt es?
Versagensarten
- unzulässige Verformung
- Bruch
- Knicken
Vorstufen
- Anriss
- Korrosion / Verschleiß
Stelle die "Badewannenkurve" nach Forchhammer in einem Diagramm dar.
siehe Bild
Zeichne ein Spannung-Dehnungs-Diagramm mit folgenden Werkstoffen:
AlZnMgCu 1,5 (ausgehärtet)
C45 (geglüht)
Kupfer (weichgeglüht)
siehe Bild
Welche Unterschiede gibt es in der Bruchflächenmorpholgie bei einer Kerbschlagprüfung?
- Sprödbruch
- Mischbruch
- Zähbruch
Zeichne ein Kerbschlagarbeits-Temperatur-Schaubild für verschiedene Stahlgruppen.
siehe Bild
Nenne 6 zerstörungsfreie Werkstoff-Prüfverfahren.
- Farbeindringprüfung
- Pol- und Wechselstrom Magnetisierung und Entmagnetisierung
- Durchschallungsverfahren
- Impuls-Echo-Verfahen
- Film oder Leuchtschirm
- Wirbelstromverfahren
Ultraschallprüfung
Welche verschiedenen Echosignale treten bei unterschiedlichen Fehlern auf?
Skizze hilfreich
siehe Bild
Was wird mit der Spektralanalyse gemessen?
Chemische Zusammensetzung von metallischen Werkstoffen
Mikroskopie
Mit welchen Wellenlängen arbeitet die Lichtmikroskopie und mit welchen die Elektronenmikroskopie?
Licht: ca. 1µm
REM: ca. 1nm
Stelle die Eigenschaften des Lichtmikroskops, des Rasterelektronenmikroskops und des Durchstrahlungselektronenmikropskops in einer Tabelle dar.
(Auflösung, Vergrößerung, Schärfentiefe)
siehe Bild
Beschreibe die Vorgehensweise beim Einbetten von Werkstoffproben.
- Entnahme (brechen, schneiden, sägen,trennen)
- Einbetten (warm einbetten, kalt einbetten, mit Druck/Vakuum/UVA - Blaulicht)
- Schleifen (Siliziumkarbid, Korund, Diamant)
- Polieren (mechanisch, elektrolytisch)
- Ätzen (chemisch, physikalisch, elektrolytisch)
Zeige die Rauh, Verformungs- und Gesamttiefe der gestörten Oberflächenschicht in Abhängigkeit von der Korngröße in einem Diagramm auf.
siehe Bild
Was siehst du auf dem Bild?
Gefüge einer Fe-Ni-Legierung nach einer Homogenisierungsbehandlung (kfz Austenit)
Was siehst du auf dem Bild?
Hochwarmfester Stahl (1.4871), Austenit mit ausgeprägten karbidischen Seigerungszonen
Was siehst du auf dem Bild?
Gefüge einer stark walzverformten Fe-Ni-Legierung
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Cartes-fiches
Zeichne den schematischen Aufbau eines REM.
Beschreibe die Funtionsweise.
siehe Bild
Beschreibung
Der Elektronenstrahl wird in einer
Elektronenkanone erzeugt. Die Elektronen
werden von einer Glühkatode (Wolfram oder
z.B. LaB6) durch Glühemission (EdisonEffekt) emittiert.
Ihre Energie erhalten die Elektronen durch die
angelegte elektrische Spannung zwischen
Anode (pos.) und Kathode (neg.), die üblicherweise im Bereich von 1–30 kV liegt. Die
Energie des Elektronenstrahls wird in eV
(Elektronenvolt) angegeben; bei einer Beschleunigungsspannung von 10 kV ergibt sich
eine Energie von 10 keV. Der Wehneltzylinder
dient zur Fokussierung des Elektronenstrahls.
Die weitere Fokussierung des Elektronenstrahls erfolgt mit elektromagnetischen Linsen
(Kondensorlinse 1 und 2, Objektivlinse), die
aus einer stromdurchflossenen Spule und
einem ferromagnetischen Kern bestehen.
Die Brennweite dieser Linsen wird durch den
elektrischen Strom durch die Spule eingestellt.
Auf dem Bild sind Pulverteilchen einer schnell erstarrten Al-Legierung zu sehen.
Ist diese Aufnahme mit einem Lichtmikropskop oder mit einem REM gemacht worden?
Lichtmikroskop
Auf dem Bild sind Pulverteilchen einer schnell erstarrten Al-Legierung zu sehen.
Ist diese Aufnahme mit einem Lichtmikropskop oder mit einem REM gemacht worden?
REM
Was sind im REM nutzbare Signale?
SKizze hilfreich!
siehe Bild
Zeichne schematisch die Tiefe eines einfallenden REM Strahls mit ihren verschienden Zonen.
Tipp: "Glühbirne"
siehe Bild
Gesamttiefe ca. 1-3 micrometer
Welche unterschiedlichen Abbildungsmöglichkeiten mit einem REM gibt es?
Beschreibe diese!
Abbildung mittels Sekundärelektronen (SE)
- niederenergetische Elektronen (max. 50 eV (Elektronenvolt)
- können mit Hilfe einer Saugspannung leicht zu einem Detektor gelenkt werden
- Aufgrund ihrer geringen Energie können sie nur aus dünnen Oberflächenschichten stammen, weshalb mit ihnen die beste Auflösung erzielt wird.
- Der Kontrast wird hauptsächlich bestimmt von der Oberflächentopographieder Probe.
- Untersuchung von Morphologischen Besonderheiten
Abbildung mittels Rückstreuelektronen (RE)
- höherenergetische Elektronen
- können bis zu 100% der Energie der Primärelektronen haben
- typische Kontrast ist der sogenannte „Materialkontrast“
- Ausbeute von RE hängt von der mittleren Kernladungszahl des untersuchten Probenbereichs ab
- Für Polymeruntersuchungen kann hiermit ein Füllstoff (z.B. Glasfasern, Talkum etc.) im Vergleich zur Matrix (z.B. PE, PP etc.)besser dargestellt werden.
Auf dem Bild zu sehen: Direkter Bildvergleich SE (a) - RE (b)
Was versteht man unter der Energiedispersiven Röntgenspektroskopie - EDX?
- chemisches Analysenverfahren, das Elemente von Bor bis Uran (Kernladungszahlen 5 bis 92) zu detektieren vermag
- qualitative als auch quantitative Analysen möglich.
- schnelle chemische Informationen einer Probenoberfläche
- EDX-Detektoren sind nahezu standardmäßig an Elektronenmikroskope geflanscht
- komfortable Auswahl des Probenbereichs (kleine Bezirke oder Punktmessungen
- es entsteht Röntgenbremsstrahlung als auch charakteristische Röntgenstrahlung, letztere ist maßgebend für die chemische Analyse.
Jedem chemischen Element entsprechen charakteristische Energiewerte der gemessenen Signale. Das
Ergebnis einer EDX-Untersuchung ist ein Spektrum, bei dem die Anzahl (Counts) der Signale (Röntgenquanten) in Abhängigkeit von der jeweiligen Energie (Elektronenvolt) angegeben wird. Je höher ein Peak
bei der jeweiligen Energie, desto mehr von dem entsprechenden Material ist in der Probe vorhanden.
Nenne mögliche Ursachen für Gewaltbrüche
- Beanspruchungsprofil > Eigenschaftsprofil
- Werkstoff hat nicht (mehr) die geforderten Festigkeitseigenschaften
⇒ Herstellungs- und/oder Produktionsfehler
⇒ Alterung (zeitliche Veränderung von Werkstoffeigenschaften)
- Lastannahmen und Werkstoffauswahl sind möglicher Weise nicht angemessen
- Mehrachsige äußere Belastungen und unerwartete Eigenspannungen sind oft nur schlecht bewertbar.
Gewaltbrüche entstehen durch mechanische Überbelastung bei mäßig schneller bis schlagartiger Beanspruchung.
Welche Gewaltbrucharten erkennst du auf diesem Bild?
a) Transkristalliner Spaltbruch
b) interkristalliner Spaltbruch
c) duktiler Bruch
d) zur Spitze ausgezogener Gleitbruch
e) Schubbruch
Welche Bruchart erkennst du auf diesem Bild?
Zäher Gewaltbruch (gerade Waben im Restgewaltbruch einer Stahlfeder)
Welche Bruchart erkennst du auf diesem Bild?
Zäher Gewaltbruch (Silikateinschlüsse bestimmen Wabenform und Wabengröße in der Schweißnaht eines unlegierten C-Stahls).
Silikateinschlüsse entstehen ungewollt beim Gießen
Welche Bruchart erkennst du auf den Bildern?
Spröder Gewaltbruch - Korngrenzenbrüche (Interkristallin)
a) glatte Korngrenzen
b) Korngrenzen mit Ausscheidungen (Rauhigkeit)
Was ist auf dem Bild deutlich erkennbar?
Spröder Gewaltbruch - nach Härteprüfung nach Vickers
Welche Bruchart ist auf dem Bild zu erkennen?
Spröder Gewaltbruch
In der Schweißzone eines
Stahls (mit ~30 Gew.% Cr)
trat Spaltbruch auf. An der
Spaltfläche lassen sich die
verschiedenen federartig
orientierten Fortschrittsrichtungen innerhalb eines
Kornes anhand der durch
Streifen getrennten Bruchbahnen erkennen. Fortschrittsrichtung von unten
nach oben.
Welche Bruchart ist auf dem Bild zu erkennen?
Spaltbrüche in ReinTantal, entstanden unter
Wasserstoffeinfluss.
An einigen Korngrenzen
ist die Entstehung
vieler neuer Spaltbruchbahnen zu sehen.
Viele Risse ergeben ein "Rissfeld"
Was ist auf dem Bild zu erkennen?
Korngrenzenausscheidungen (Titankarbide) verursachten interkritslline Trennungen in einem Werkstück aus martensitaushärtendem Ni-Co-Mo-Stahl, das unter mehrachsigen Spannungen stand.
Zeichne eine schematische Darstellung der Entstehung von Auswölbungen (Extrusionen) und Einwöbungen (Intrusionen).
siehe Bild
Solche Extrusionen und Intrusionen entstehen in schwingungsbeanspruchten metallischen Werkstoffen.
Schwingungsbruch:
Was erkennst du auf dem Bild?
Gleitbänder in der Oberfläche einer biegewechselbeanspruchten Probe aus weichem Baustahl
Schwingungsbruch:
Was erkennst du auf dem Bild?
Gleitlinien innerhalb des Gleitbandes und entlang der Gleitebenen bei einer biegewechselbeanspruchten Probe aus Stahl
Schwingungsbruch:
Was ist auf dem Bild zu erkennen?
Typische Morphologie einer Schwingungsbruchfläche
A) Anriss
D) Dauerbruchfläche
G) Rest-/Gewaltbruchfläche
R) Rastlinien
Was zeigt das Bild?
Makroskopische Brucherscheinungen eines Schwingungsbruches
Schwingungsbruch:
Was ist auf dem Bild zu erkennen?
Kristallographisch orientierte Schwingungsstreifen im Stadium II in einer Laborprobe Nickelbasislegierung bei 600°C
--> feine Rasterung: "Schwingstreifen"
