Systematische Beurteilung technischer Schadensfälle

Zunächst stehen bei der Havarie technischer Systeme die Fragen nach Sicherheit und Kosten im Vordergrund. Aber erst durch die systematische Analyse der schadensauslösenden Mechanismen bekommt man den Schlüssel zur nachhaltigen Prophylaxe in die Hand. Das defekte Bauteil ist der ?Datenträger? für den Werkstoff und seinen Zustand sowie für die Beanspruchungen, die er erfahren hat und für den Mechanismus seines Versagens. Die Untersuchungsmethoden der Materialwissenschaft und Werkstofftechnik sind in der Lage, diese Informationen zu entschlüsseln. Durch einen Ist/Soll-Vergleich lässt sich der Schadensauslöser dingfest machen. Das vorliegende Buch ist aus einem gleichnamigen Seminar hervorgegangen. Dieses Seminar hat in mehr als 30 Jahren gezeigt, dass Schadensfälle in überwiegender Zahl auf Zuwiderhandeln gegen bekannte Regeln der Technik beruhen. Daher liegt der Fokus dieses Nachschlagewerks auf der systematischen Gliederung des Fachgebietes und der anschaulichen Erklärung der Schadensmechanismen in der Theorie sowie durch die praktische Darstellung realer Schadensfälle. Diese Kenntnisse sind für Konstrukteure und Produktionstechniker ebenso von Interesse wie für Qualitäts- und Schadensanalytiker.

Autorentext

Michael Pohl ist Inhaber des Lehrstuhls Werkstoffprüfung der Ruhr-Universität Bochum. Seit mehr
als dreißig Jahren erforscht er die Mechanismen des Materialversagens in Stählen und trug so
maßgeblich zu einer Systematisierung auf dem Gebiet der Schadensanalyse bei. Als lang jähriger
Leiter des Metallographieausschusses der Deutschen Gesellschaft für Materialkunde (DGM)
und Tagungsorganisator erhielt er im Jahre 2000 den Roland-Mitsche-Preis und für seine Arbeit als
Vorsitzender des Fachauschusses Schadensanalyse im Jahre 2006 die Karl-Wellinger-Ehrenmedaille und 2011 die Ehrenmitgliedschaft des VDI.

Günter Lange war Professor für Angewandte Werkstoffkunde an der Technischen Universität
Braunschweig. Der Schwerpunkt seiner Forschungsund Lehrtätigkeit lag auf der Untersuchung von
Verformung und Bruch metallischer Werkstoffe und der Anwendung dieser Erkenntnisse in der
Schadensanalyse. Er bekleidete zahlreiche Ämter in Fachgesellschaften, unter anderem als Vorstandsmitglied DGM und als Ehrenvorsitzender des VDI-Fachausschusses Schadensanalyse.
Für sein gesellschaftliches und wissenschaftliches Engagement erhielt Günter Lange 1991 das Bundesverdienstkreuz und 2000 die Karl-Wellinger- Ehrenmedaille des VDI.

Inhalt
Vorwort VORGEHENSWEISE BEI DER BEARBEITUNG EINES SCHADENSFALLES Aufgaben und Ziele der Schadensanalyse Vorgehensweise Schadensaufnahme und Beweissicherung Informationen über den Schadensfall Durchführung EINTEILUNG, URSACHEN UND KENNZEICHEN DER BRÜCHE Brucharten Definitionen der Brucharten Bruchursachen Allgemeine Kennzeichen für Bruch- und Beanspruchungsart WERKSTOFFUNTERSUCHUNGEN Mechanische Werkstoffprüfung Metallografische Werkstoffuntersuchungen Chemische Werkstoffuntersuchungen Zerstörungsfreie Werkstoffuntersuchungen Bewertung und Messungen von Eigenspannungen ELEKTRONENMIKROSKOPIE BEI DER SCHADENSANALYSE Systematik elektronenmikroskopischer Schadensanalyse Grundlagen der Elektronenmikroskopie Geräte Präparations- und Untersuchungsverfahren Zusammenfassung MIKROSKOPISCHE UND MAKROSKOPISCHE ERSCHEINUNGSFORMEN DES DUKTILEN GEWALTBRUCHES (GLEITBRUCH) Definition und Erscheinungsformen Trichter-Kegel-Bruch Fräserförmiger Bruch Scherbruch Ausziehen zur Spitze Einfluss von Werkstoff und Beanspruchung auf die Wabenform MAKROSKOPISCHE UND MIKROSKOPISCHE ERSCHEINUNGSFORMEN DES SPALTBRUCHES Einleitung Phasen des Bruchvorganges Kennzeichnung von Spaltbrüchen Makroskopische Bruchmerkmale Mikroskopische Bruchmerkmale Bauteilversagen durch Spaltbruch MAKROSKOPISCHES UND MIKROSKOPISCHES ERSCHEINUNGSBILD DES SCHWINGBRUCHES Definition und generelle Bemerkungen Makroskopisches Erscheinungsbild Abhilfemaßnahmen Mikroskopische Mechanismen und Topografien Beispiele THERMISCH INDUZIERTE BRÜCHE Anforderungen an Werkstoffe für den Einsatz bei erhöhter Betriebstemperatur Warmfestigkeit Kaltrisse Heißrisse Zeitstandfestigkeit Härterisse Thermische Ermüdung Zusammenfassung KORROSIONSSCHÄDEN AN METALLISCHEN WERKSTOFFEN OHNE MECHANISCHE BELASTUNG Einleitung Korrosion Korrosionserscheinungsformen ohne mechanische Belastung Untersuchungen zum Korrosionsverhalten KORROSIONSSCHÄDEN AN METALLISCHEN WERKSTOFFEN BEI ÜBERLAGERTER MECHANISCHER BEANSPRUCHUNG Einleitung Rissbildende Korrosionsarten Erosionskorrosion Kavitationskorrosion Reibkorrosion Schlussbemerkung SCHÄDEN DURCH WASSERSTOFF Vorbemerkung Atomarer und molekularer Wasserstoff Schadensarten Beispiele Verwechslungsmöglichkeiten Wasserstoffempfindlichkeit verschiedener metallischer Werkstoffe Anhang (Verwendete Größen und Gleichungen) SCHÄDEN DURCH HOCHTEMPERATURKORROSION Allgemeine Bemerkungen Thermodynamik und Kinetik HTK in heißen Gasen HTK unter Ablagerungen HTK in Metallschmelzen WERKSTOFFSCHÄDEN DURCH VERSCHLEIß Grundlagen zum Verschleißverhalten von Werkstoffen Tribosystem Verschleißarten und Verschleißmechanismen Verschleißschutzschichten Zusammenfassung SCHÄDEN AN SCHWEIßNÄHTEN Einleitung Werkstoffbeeinflussung durch den Schweißprozess Rissbereiche in Schweißkonstruktionen Rissarten in Schweißverbindungen Schlussbetrachtung BRUCHMECHANIK IN DER SCHADENSANALYSE Einleitung Stabile, instabile und unterkritische Rissausbreitung Spannungsintensitätsfaktor Anwendungsbereich der linear-elastischen Bruchmechanik (LEBM Zusammenhang zwischen kritischer Risslänge und kritischer Spannung Unterkritisches Risswachstum bei wechselnder Belastung Unterkritisches Risswachstum bei konstanter Belastung und aggressiver Umgebung Lebensdauerberechnung Korrelation Bruchlinienabstand - mittlere Rissgeschwindigkeit Korrelation Bruchlinienabstand -DeltaK Versagen durch plastische Instabilität Die Zwei-Kriterien-Methode Anwendungsbeispiel: Behälter unter Innendruck Bruchmechanische Schadensbewertung SCHÄDEN AN DRUCKBEHÄLTERN Zusammenfassung Problemstellung Risikobewertung mittels Bruchmechanik Fallstudien Folgerungen SCHADENSUNTERSUCHUNGEN UND PROBLEMLÖSUNGEN MIT OBERFLÄCHENANALYTIK Einleitung Oberflächenempfindliche Untersuchungsmethoden Auger-Elektronen-Spektroskopie (AES) Röntgen-Fotoelektronen-Spektroskopie (XPS, ESCA) Anwendungsbeispiele Zusammenfassung SCHWINGUNGSRISSE BEI DER DYNAMISCHEN PRÜFUNG VON SEILBAHNKOMPONENTEN Einleitung Seilbahnsysteme Fahrzeugkomponenten bei Umlaufseilbahnen Betri