Schadensanalyse
Trotz sorgfältiger Konstruktion, geeigneter Werkstoffauswahl, präziser Fertigung und umfangreicher Erprobung kann ein Versagen von Produkten im Betrieb nicht immer vollständig vermieden werden. Ausfälle können in allen Phasen des Produktlebenszyklus auftreten. Das Versagen von Bauteilen führt in der Regel zu wirtschaftlichen Verlusten (Produktionsausfall, Folgeschäden, Rückrufaktionen, …) und ggf. auch zur Gefährdung der Gesundheit von Menschen. Daraus ergibt sich die enorme wirtschaftliche Bedeutung der Schadensanalyse und vor allem der Schadensvermeidung!
Wir unterstützen Sie bei der Ermittlung der eigentlichen Ursache durch eine strukturierte und ganzheitliche Schadensuntersuchung nach der Richtlinienreihe VDI 3822.
Ziel Schadensanalyse
Gegenstand der Schadensanalyse ist die Ermittlung der primären Schadensursache, der sogenannten Root Cause (“Wurzel des Übels”). Nur so kann die physikalische Wirkungskette, die zum Schaden geführt hat, bestmöglich rekonstruiert und Abhilfemaßnahmen zur Vermeidung zukünftiger Schäden abgeleitet werden.
Bruchfläche Schraube
Ablauf Schadensanalyse
Schadensanalyse an Bauteilen in Analogie zur Forensik:
Beweissicherung aller Begleitumstände
- Wie wurde das Bauteil hergestellt?
- Welchen Belastungen war das Bauteil ausgesetzt?
- Was ist kurz vor dem Versagen passiert?
Schrittweise, systematische Obduktion
- Makro-Betrachtung, ggf. vorherige Zerlegung
- Rasterelektronenmikroskop
- Schliffbild, Ätzung, Mikrohärtemessung
Sammeln aller Fakten und deren Analyse
- Bruchbild, Bruch- und Oberflächenmorphologie
- Gefüge- und Wärmebehandlungszustand
Abschließende Klärung der Versagensursache
- Ermittlung der sogenannten root cause („Wurzel allen Übels“)
Ableitung von Korrekturmaßnahmen
- z.B. Änderung der Wärmebehandlung
Ablauf Schadensanalyse nach VDI 3822
Zur Durchführung einer Schadensanalyse bedarf es einer sorgfältigen Planung der Vorgehensweise und Festlegung der Art und Umfang der einzelnen Untersuchungsschritte. Die Richtlinie VDI 3822 „Schadensanalyse“ gibt Hilfestellung bei der Festlegung des Untersuchungsablaufs und definiert die zu einzelnen Schritte.
- Schadensbeschreibung
- Bestandsaufnahme
- Schadenshypothese
- Instrumentelle Analyse
- Untersuchungsergebnisse
- Schadensursache
- Schadensabhilfe
- Bericht
Analysemethoden
Als Analysetechniken wird neben der Lichtmikroskopie insbesondere die Rasterelektronenmikroskopie (REM) und die energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDX) bzw. Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA) zur Bestimmung von chemischen Elementen eingesetzt.
Im Rahmen der Schadensanalyse werden Bruchflächen (Fraktographie), Fehlstellen, Ablagerungen, Korrosionserscheinungen und Verschleißformen analysiert.
Mit der Metallographie wird anhand von präparierten Schliffen das Gefüge hinsichtlich Qualität und Auffälligkeiten untersucht.
LICHTMIKROSKOPIE
Für die Untersuchung der Verschleißerscheinungsformen kommen als Lichtmikroskope Stereo-, Auflicht- und Digitalmikroskope zum Einsatz.
RASTERELEKTRONENMIKROSKOPIE
Bei der Rasterelektronenmikroskopie (REM-Analyse) wird die Mikrostruktur einer Oberfläche mit Hilfe eines Elektronenstrahls sehr fein untersucht. Dabei rastert ein fein gebündelter Elektronenstrahl die Oberfläche präzise Zeile für Zeile ab. Die dabei stattfindende Wechselwirkung mit dem Objekt wird genutzt, um Bilder der Oberflächentopographie (SE) sowie Materialkontrastbilder (BSE) zu erzeugen.
MATERIALANALYSE
Die Bestimmung der chemischen Zusammensetzung eines Materials erfolgt mit der Energiedispersiven Röntgenspektroskopie (EDX) oder der Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA, eng. XRF). Diese Methoden beruhen darauf, dass jedes chemische Element eine charakteristische Röntgenstrahlung aussendet, wenn es angeregt wird. Die Anregung erfolgt im Rasterelektronenmikroskop (REM) durch den Primärelektronenstrahl oder durch eine Röntgenstrahlquelle.
METALLOGRAPHIE
Für die metallographischen Untersuchungen werden von den zu prüfenden Bauteilen Querschliffe erstellt und anschließend geätzt. An diesen werden mittels Lichtmikroskopie oder Rasterelektronenmikroskopie die Gefügestrukturen untersucht. Anhand des Gefüges können Phasenanteile, Korngrößen, Korngrößenverteilung, Partikelgrößen und Ausscheidungen bestimmt werden.
HÄRTEPRÜFUNG
Die Härteprüfung dient dazu Festigkeitseigenschaften eines Bauteiles mittels Eindringprüfung mit einem geeigneten zu bestimmen. Dies umfasst die makroskopische Härte, Schichthärte, Härteverlaufsmessungen sowie die instrumentierte Eindringprüfung (Mikrohärteprüfung, Nanoindentierung).
Gerne erstellen wir Ihnen ein Angebot für eine Schadensanalyse.
Leistungsübersicht Steinbeis-Transferzentrum
- Ermittlung der Schadensursache
- Verschleißuntersuchungen
- Untersuchung von von Alterung, Korrosion und Oxidation
- Herkunftsermittlung von Partikeln, Spänen und Teilchen
- Analyse metallischen und nicht-metallischen Einschlüssen
- Fehleranalyse bei Beschichtungen (Härte, Dicke, Haftung)
- Untersuchung elektrischer Kontaktprobleme
- Werkstoffbestimmung
- Gefügeuntersuchungen
- Empfehlungen zur Schadensvermeidung
- Unterstützung bei der Werkstoffauswahl
Verschleißanalyse
Eine Form der Schadensanalyse ist die Verschleißanalyse. Bei dieser wird anhand der Verschleißerscheinungsformen (Kratzer, Riefen, Mulden, Wellen. Risse, Materialübertrag, Materialverlust, …) auf den dominierenden Verschleißmechanismus rückgeschlossen. Dies ist Voraussetzung, um auf die ursächlichen Verschleißmechanismen rückschließen zu können. Der erste Schritt ist dabei die Untersuchung der Verschleißflächen mittels Lichtmikroskopie. Auf Basis der damit erzielten Erkenntnisse wird über weitere notwendige Analysetechniken entschieden.
Verschleißmechanismen
- Abrasion
- Adhäsion
- Oberflächenermüdung
- Oxidation und Korrosion
- Plastisches Versagen
- Reibungseffekte