Element PowerPoint Template

Falen of presteren:Duurzaamheid & Betrouwbaarheid van materialen en constructies 91e bijeenkomst Contactgroep Fractografie van de Vereniging
Metalen i.s.m. Studiekring Duurzaamheid & Betrouwbaarheid
Hengelo, 28 mrt 2012
Jasper Brinksma Schade onderzoeker / Consultant Failure Analysis
[email protected]
Tel. 074 240 8186
1
Inhoud
Ö Element Materials Technology Ö Benadering ontwerp
Ö Materiaal testen / validatie
Ö Cases Ö Samenvatting
Ö Vragen
91e bijeenkomst BVM, VEMET Contactgroep fractografie, D&B
2
Sterkte en duurzaamheid van een constructie
ÖInvloed omgeving/milieu
ÖService loads
ÖChemische omgeving
ÖService temperature
ÖMateriaal
ÖOntwerp van de constructie
91e bijeenkomst BVM, VEMET Contactgroep fractografie, D&B
3
Materiaal Testen Product Kwalificatie Testen
Schade Onderzoek
91e bijeenkomst BVM, VEMET Contactgroep fractografie, D&B
4
Bros of taai falen
91e bijeenkomst BVM, VEMET Contactgroep fractografie, D&B
5
Kerfslag
Ö Charpy impact test geeft een goede indicatie van de gevoelighied van het materiaal voor onstabiele brosse breuk in de aanwezigheid van spannings conentratie (kerf) . Ö Ofwel maat voor breukgedrag (bros ʹ taai) van een materiaal bij een bepaalde temperatuur onder een plotselinge belasting. WWII (Liberty schepen) Basis voor verder onderzoek (US navy)
91e bijeenkomst BVM, VEMET Contactgroep fractografie, D&B
6
Breuktaaiheid KIC/CTOD
Ö Kwantitatieve maat voor de weerstand van het materiaal een defect voor scheuruitbereiding.
Ö Weergave als de kritische spanningsintensiteit (KIC) of als kritische scheurtip opening (CTOD = crack tip opening displacement)
Ö Belangrijke parameter in fit-­‐for-­‐purpose berekeningen (BS7910 / API 579).
91e bijeenkomst BVM, VEMET Contactgroep fractografie, D&B
7
Vermoeiingsproef
Vermoeiing kan optreden indien een materiaal onderworpen wordt aan een wisselende belasting.
Afhankelijk van veel parameters: ÖUitvoering van de constructie
ÖMateriaal
ÖMilieu
ÖType van wisselende belasting
ÖFrequentie van de belasting
ÖMoeilijk een representatieve loadcase te kiezen
91e bijeenkomst BVM, VEMET Contactgroep fractografie, D&B
8
Chemische analyse
Ö Optische Emissie Spectroscopie (OES)
Ö Infrarood verbrandingsanalyse (C+S)
Ö Inductive Coupled Plasma (ICP)
Ö Positive Material Identification (PMI)
Ö Energy Dispersive X-­‐ray (EDX)
Ö Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR)
Ö Differential Scanning Calorimetry (DSC)
91e bijeenkomst BVM, VEMET Contactgroep fractografie, D&B
9
Corrosietesten
Ö Pitting corrosie
Ö Vb: ASTM G48 (pitting corrosietest voor RVS)
Ö Expositie in ijzerchloride voor typisch 24 uur
Ö Beoordeling: wel of geen putten
Ö Interkristallijne corrosie
Ö Vb: Strausstest (ASTM A262 Pr. E en ISO 3651-­‐2)
Ö Expositie in kokende kopersulfaatoplossing gevolgd door buigproef Ö Beoordeling: visuele beoordeling aan oppervlak Ö Spanningscorrosietesten (SCC)
Ö Expositie in medium b.v. H2S oplossing (offshore) of magnesium-­‐
chloride terwijl materiaal onderspanning wordt gehouden Ö Beoordeling: visuele beoordeling op scheurvorming
91e bijeenkomst BVM, VEMET Contactgroep fractografie, D&B
10
Metallografie
Ö Studie van de fysische structuur van een materiaal
Ö Lage vergroting (macro) b.v. lasgeometrie
Ö Hoge vergroting voor beoordeling microstructuur op:
Östructuren
Ökorrelgroei
Öprecipitatie Östructuuromzettingen
Öeffecten warmte-­‐behandeling, gebruikstemperatuur
Öscheuren
Ökruipschade
Öcorrosie aantasting
Ölaagdiktemetingen
91e bijeenkomst BVM, VEMET Contactgroep fractografie, D&B
11
Metallografie
91e bijeenkomst BVM, VEMET Contactgroep fractografie, D&B
12
Case study Failure analysis
ÖPolymers / Composites failures ÖFatigue related failures
ÖCorrosion related failures
91e bijeenkomst BVM, VEMET Contactgroep fractografie, D&B
13
Case study Polymers & Composites
Ö+ Weight, strength and corrosion resistance
Ö-­‐ Recycling and MRO aspects
91e bijeenkomst BVM, VEMET Contactgroep fractografie, D&B
14
Case study glass fiber reinforced polymer
Ö Material PPO/GF
Ö Orientation of GF
Ö Distribution of GF
Ö Adhesion of GF
Ö Fibrils 91e bijeenkomst BVM, VEMET Contactgroep fractografie, D&B
15
Case study failure of a bolt
Ö Bolt class 8.8
Ö Torque
Ö Cyclic loading
Ö Approx 3 years in service 91e bijeenkomst BVM, VEMET Contactgroep fractografie, D&B
16
Case study failed main shaft
Ö Material 42CrMo4
Ö Revealing of the fracture surfaces
Ö Beachmarks
91e bijeenkomst BVM, VEMET Contactgroep fractografie, D&B
17
Case study failed main shaft
Macro and cross section origin ͛
A
Hardness Traverse A-­‐͛/ŶŝƚŝĂƚŝŽŶƐŝĚĞ
399-­‐399-­‐509-­‐509-­‐593-­‐618-­‐593-­‐570-­‐362-­‐304-­‐257-­‐264-­‐264-­‐244-­‐232 (HV0.2)
Core hardness
245-­‐245-­‐245 (HV10) 91e bijeenkomst BVM, VEMET Contactgroep fractografie, D&B
18
Case study welded connecting rod
Ö
Ö
Ö
Ö
Flat and smooth Fracture surface
Multiple ridges
No clear beachmarks
Cyclic loading
91e bijeenkomst BVM, VEMET Contactgroep fractografie, D&B
19
Case study welded connecting rod
SEM examination and cross section origin
Striations
91e bijeenkomst BVM, VEMET Contactgroep fractografie, D&B
20
Case study of a welded shaft
Multiple ridges and beachmarks
Residual stresses (Barkhausen-­‐noise) 91e bijeenkomst BVM, VEMET Contactgroep fractografie, D&B
21
Case study failure of a bolt class 12.9
ÖCombination 12.9 bolts and surface treatment!
91e bijeenkomst BVM, VEMET Contactgroep fractografie, D&B
22
Case study failure of a bolt class 12.9
Aspects of Hydrogen Embrittlement (SCC)
Ö Absorption of hydrogen
Ö Recombination of hydrogen Ö Pressure up to 2400 bar (pores)
Ö Source of hydrogen: surface treatment (plating, pickling)
Ö High strength material (Martensitic, Nickel alloys)
91e bijeenkomst BVM, VEMET Contactgroep fractografie, D&B
23
Case study failed pipe heat exchanger
Visual examination
Spectrum
EDX analyses
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
C
1.9
8.9
O
Na
39.9
33.2
34.6
37.6
36.6
41.3
42.6
47.1
23.2
38.1
9.6
47.4
38.3
0.7
0.9
M
g
0.6
0.6
0.7
0.9
0.8
0.9
1.2
0.9
0.9
0.8
0.9
0.6
Al
Si
S
Cl
K
Ca
4.2
1.1
2.6
4.3
4.8
4.8
4.6
5.2
2.0
4.6
1.7
3.5
2.9
14.7
2.9
7.4
14.5
15.6
15.0
15.7
16.5
6.7
25.4
4.9
10.7
19.1
3.7
5.8
3.1
3.6
4.3
4.1
2.6
2.9
4.5
2.4
0.8
1.2
0.9
0.7
0.8
0.4
0.6
0.7
0.9
0.5
0.9
3.0
0.5
1.5
5.2
4.6
4.4
2.9
2.0
3.2
6.1
0.9
2.3
1.0
2.9
2.9
1.3
0.7
0.7
1.3
1.1
1.5
1.2
1.0
0.7
0.9
0.9
0.5
Ti
0.4
0.3
Cr
3.6
11.9
10.0
3.4
6.7
6.5
4.3
4.4
18.2
3.1
4.6
8.8
15.9
M
n
2.1
0.5
91e bijeenkomst BVM, VEMET Contactgroep fractografie, D&B
Fe
Ni
26.6
41.8
36.5
25.2
22.9
20.9
23.1
17.3
37.3
17.2
64.7
18.1
16.1
1.5
0.7
2.1
1.6
1.9
1.6
1.5
3.6
0.8
2.6
1.9
1.2
24
Case study of a failed heat exchanger pipe
ÖCross section microstructure Stress corrosion cracking (SCC) 91e bijeenkomst BVM, VEMET Contactgroep fractografie, D&B
25
Résumé Falen of presteren: Hoe bewerkstellig ik een duurzaam ontwerp ÖOnderzoek (kennis) ÖTesten testen testen
ÖGBV
91e bijeenkomst BVM, VEMET Contactgroep fractografie, D&B
26
Hartelijk dank voor uw aandacht!
91e bijeenkomst BVM, VEMET Contactgroep fractografie, D&B
27
Amsterdam
:
Czaar Peterstraat 229, 1018 PL
Postbus 379, 1000 AJ
Hengelo (Ov)
:
Langelermaatweg 14, 7553 JD
Postbus 131, 7550 AC
Telefoon
:
:
(020) 556 35 55
(074) 240 81 94
Telefax
:
(020) 556 35 56
(074) 240 81 95
E-mail
:
[email protected]
[email protected]
Website
:
www.element.com
91e bijeenkomst BVM, VEMET Contactgroep fractografie, D&B
28