Wie FILAB einem seiner Kunden geholfen hat, die Ursache des Bruchs einer Stahlkolbenstange zu bestimmen?
Ein Kolben ist ein entscheidendes mechanisches Bauteil in vielen mechanischen Anlagen und auch in technischen Systemen. Kolben ermöglichen verschiedene Anwendungen, insbesondere die Umwandlung von Energie, die Erzeugung von Druck, die Steuerung von Fluiden, die Dämpfung usw.
Der Kunde wandte sich an FILAB, ein auf Materialcharakterisierung und chemische Analysen spezialisiertes Labor, um die Ursache des Bruchs einer Stahlkolbenstange zu bestimmen. Zunächst wollte er die Güte dieses Teils überprüfen und anschließend eine fraktografische Untersuchung durchführen lassen.
Bestimmung der Stahlgüte
Welche Analysetechniken hat das Labor FILAB beschlossen einzusetzen, um die chemische Analyse des defekten Kolbens durchzuführen?
Analysen mit dem Elementaranalysator
Die chemische Analyse mit dem C/S-Elementaranalysator hat zum Ziel, den Kohlenstoff- und Schwefelgehalt der Probe gezielt zu bestimmen.
Analyse mittels ICP-AES
Die Analyse mittels Atomemissionsspektroskopie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-AES) dient dazu, die in der Probe vorhandenen chemischen Elemente zu identifizieren und zu quantifizieren.
Diese chemischen Analysen des Kolbens haben gezeigt, dass die ermittelten Gehalte mit denen eines unlegierten Baustahls übereinstimmen.
Fraktografische Analyse des Kolbens
Beobachtung mit der Stereolupe
Die Stereolupe ermöglicht makroskopische Beobachtungen. Die mit der Stereolupe durchgeführten Beobachtungen führten zu den folgenden Erkenntnissen:
- Die Bruchinitiierungszone verläuft entlang eines Teils des Bauteilumfangs und ist einige Millimeter dick.
- Der Großteil der Bruchfläche weist ein glänzendes und körniges Erscheinungsbild mit Propagationslinien und Reliefs auf. Dunkle Bereiche sind vorhanden und können Verunreinigungen oder Korrosion entsprechen, die nach dem Bruch des Bauteils aufgetreten sind. Einige Bereiche mit Stauchungen (durch Stöße nach dem Bruch verformte Zonen) sind ebenfalls in geringem Umfang vorhanden.
- Die Zone des Endabrisses wurde beobachtet. Sie verläuft über einen kleinen Abschnitt entlang des Bauteilumfangs.
Detaillierte Untersuchungen mittels REM-EDX
- In der Bruchinitiierungszone wurden Mikrostreifen identifiziert. Sie können auf ein Ermüdungsphänomen des Bauteils zurückzuführen sein. Dieser Bereich der Bruchfläche ist reich an Kohlenstoff (C), doch diese Konzentration stammt wahrscheinlich von organischen Verunreinigungen an der Oberfläche.
- Der Großteil der Bruchfläche entspricht einem transgranularen Sprödbruch mit dem Vorhandensein von Spaltflüssen, was auf einen plötzlichen Bruch hinweist.
- Die Zone des Endabrisses weist Grübchen auf, die mit einem duktilen Bruch übereinstimmen. Wie in der Bruchinitiierungszone sind zahlreiche organische Verunreinigungen vorhanden.
Die erzielten Ergebnisse...
Die in dieser Studie durchgeführten chemischen Analysen ermöglichten es, die Beschaffenheit des Kolbens zu bestimmen, der sich als unlegierter Baustahl erwies.
Darüber hinaus wurde im Rahmen der fraktografischen Analyse festgestellt, dass die Bruchinitiierungszone an einem Teil des Bauteilumfangs identifiziert wurde. Sie weist Mikrostreifen auf, die auf ein Ermüdungsphänomen zurückzuführen sein können (mechanische Belastungs- und Entlastungszyklen bei Biegung).
Der Großteil der Bruchfläche entspricht einem transgranularen Sprödbruch mit dem Vorhandensein von Spaltflüssen, was auf einen plötzlichen Bruch hinweist.
Fazit der Studie
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