VDI 3822 Blatt 2 1 4-2012 Failure analysis - Defects of thermoplastic products made of plastics caused by mechanical stress.pdf

1、ICS 03.100.40, 83.080.20 VDI-RICHTLINIEN Januar 2012 January 2012 VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE Schadensanalyse Schden an thermoplastischen Kunststoffprodukten durch mechanische Beanspruchung Failure analysis Defects of thermoplastic products made of plastics caused by mechanical stress VDI 3822 Blatt

2、 2.1.4 / Part 2.1.4 Ausg. deutsch/englisch Issue German/English Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich. The German version of this guideline shall be taken as authori-tative. No guarantee can be given with respect to the English translation. VDI-Gesellschaft Materials Engineering (GM

3、E) Fachbereich Werkstofftechnik VDI-Handbuch Werkstofftechnik VDI-Handbuch Fabrikplanung und -betrieb, Band 1: Betriebsberwachung/Instandhaltung VDI-Handbuch Kunststofftechnik VDI-Handbuch Produktentwicklung und Konstruktion VDI-Handbuch Verfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen, Band 3: Verfgbarke

4、it/Schadensanalyse Vervielfltigungauchfrinnerbetriebliche Zwecke nicht gestattet /Reproductionevenforinternalusenot permittedFrhere Ausgabe:11.10 Entwurf,deutschFormeredition:11/10Draft,in German onlyZu beziehen durch /Available atBeuth Verlag GmbH,10772 BerlinAlle Rechte vorbehalten /Allrightsreser

5、ved Verein DeutscherIngenieuree.V.,Dsseldorf2012Inhalt Seite Contents Page Vorbemerkung . 2 Einleitung . 2 1 Anwendungsbereich . 4 2 Normative Verweise 4 3 Schadensphnomene als Folge mechanischer Beanspruchung 4 4 Fraktografie . 10 4.1 Bruchflchenstrukturen 12 4.2 Beispiele . 20 Schrifttum 26 Prelim

6、inary note . 2 Introduction 2 1 Scope . 4 2 Normative references 4 3 Failure phenomena caused by mechanical stress . 4 4 Fractography . 10 4.1 Fracture face structures 13 4.2 Examples 21 Bibliography . 26 B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04 2 VDI 3822 Blatt 2.1.4 / P

7、art 2.1.4 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2012 Vorbemerkung Der Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Beachtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richtlinie VDI 1000. Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, der Fotokopie, der elektronischen Verwendun

8、g und der bersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstn-dig, sind vorbehalten. Die Nutzung dieser VDI-Richtlinie ist unter Wah-rung des Urheberrechts und unter Beachtung der Lizenzbedingungen (www.vdi-richtlinien.de), die in den VDI-Merkblttern geregelt sind, mglich. Allen, die ehrenamtlich an der E

9、rarbeitung dieser VDI-Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt. Preliminary note The content of this guideline has been developed in strict accordance with the requirements and rec-ommendations of the guideline VDI 1000. All rights are reserved, including those of reprint-ing, reproduction (photocop

10、ying, micro copying), storage in data processing systems and translation, either of the full text or of extracts. The use of this guideline without infringement of copyright is permitted subject to the licensing con-ditions specified in the VDI Notices (www.vdi-richtlinien.de). We wish to express ou

11、r gratitude to all honorary contributors to this guideline. Einleitung Durch Schadensanalysen sollen die Ursachen fr schadhafte Vernderungen bei Werkstoffen und Produkten bis hin zum Versagen aufgedeckt wer-den. Die sich hieraus ergebenden Erkenntnisse bil-den die Grundlage gezielter Manahmen zur Sc

12、ha-densabhilfe und -verhtung. Eine der Hauptaufga-ben der Schadensanalyse ist die Auswahl geeigneter Untersuchungsverfahren und die wissenschaftlich fundierte, zusammenfassende Auswertung der Ein-zelergebnisse. Demnach ist es Zweck der Richtlinie: Begriffe zu definieren Schadensarten einheitlich zu

13、benennen und zu beschreiben zur Systematischen Vorgehensweise bei der Schadensanalyse anleiten Vergleichbarkeit der Ergebnisse verschiedener Untersuchungsstellen zu gewhrleisten Voraussetzungen zur nachvollziehbaren Doku-mentation zu schaffen Einteilung Richtlinienreihe VDI 3822 Blatt 2.1 Gem dem Bi

14、ld, dass Schden an thermoplasti-schen Kunststoffprodukten durch Fehler in der Kon-struktion (inklusive der Umsetzung von Anforde-rungen), im Werkstoff, in der Verarbeitung und whrend der Nutzung entstehen knnen, wurde die Richtlinienreihe folgendermaen strukturiert: Die werkstoffbergreifende Richtli

15、nie VDI 3822 behandelt Grundlegendes zur Vorgehensweise. Drei Richtlinien beschreiben mgliche Ursa-chen, die bereits vor der Nutzung auftreten knnen (Blatt 2.1.1 bis Blatt 2.1.3). Sechs Richtlinien beziehen sich auf mgliche Ursachen whrend der Nutzung (Blatt 2.1.4 bis Blatt 2.1.9). Introduction The

16、purpose of failure analysis is to discover the causes of defective changes in materials and prod-ucts that ultimately lead to failure. The findings thereby obtained provide a basis for targeted measures to remedy and prevent failure. One of the main tasks of failure analysis is the selection of appr

17、opriate investigation methods and the scien-tifically sound, comprehensive evaluation of the individual findings. Correspondingly, the objective of this guideline is to: provide definitions of terms to designate and describe types of failure in a uniform manner provide direction for systematically p

18、erforming failure analyses ensure the comparability of the results obtained by different analytical laboratories establish requirements for comprehensible documentation Structure of the series of guidelines VDI 3822 Part 2.1 According to the pattern that defects in thermo-plastic products can result

19、 from defects in the de-sign (including the implementation of require-ments), materials, manufacturing process and as a result of wear, this series of guidelines is structured as follows: The guideline VDI 3822, which applies to a number of different materials, deals with fun-damental questions of p

20、rocedure. Three guidelines describe possible causes that can occur before use (Part 2.1.1 to Part 2.1.3). Six guidelines are related to possible causes during use (Part 2.1.4 to Part 2.1.9). B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04All rights reserved Verein Deutscher Inge

21、nieure e.V., Dsseldorf 2012 VDI 3822 Blatt 2.1.4 / Part 2.1.4 3 Eine Richtlinie erlutert die bedeutenden in-strumentellen Analysemethoden in der Scha-densanalyse (Blatt 2.1.10). Blatt 2.1.1 Schden an thermoplastischen Kunststoffprodukten durch fehler-hafte Konstruktion Blatt 2.1.2 Schden an thermopl

22、astischen Kunststoffprodukten durch fehler-hafte Verarbeitung Blatt 2.1.3 Schden an thermoplastischen Kunststoffprodukten durch fehler-hafte Werkstoffauswahl und Fehler im Werkstoff Blatt 2.1.4 Schden an thermoplastischen Kunststoffprodukten durch mecha-nische Beanspruchung Blatt 2.1.5 Schden an the

23、rmoplastischen Kunststoffprodukten durch thermi-sche Beanspruchung Blatt 2.1.6 Schden an thermoplastischen Kunststoffprodukten durch tribolo-gische Beanspruchung Blatt 2.1.7 Schden an thermoplastischen Kunststoffprodukten durch media-le Beanspruchung Blatt 2.1.8 Schden an thermoplastischen Kunststof

24、fprodukten durch Witte-rungsbeanspruchung Blatt 2.1.9 Schden an thermoplastischen Kunststoffprodukten durch mikro-bielle Beanspruchung Blatt 2.1.10 Bedeutende Analysemethoden fr die Schadensanalyse an thermo-plastischen Kunststoffprodukten Eine Liste der aktuell verfgbaren Bltter dieser Richtlinienr

25、eihe ist im Internet abrufbar unter www.vdi.de/3822. Die Richtlinien VDI 3822 Blatt 2.1.1 bis Blatt 2.1.10 gelten jeweils nur in Verbindung mit der Richtlinie VDI 3822. Bei der Ermittlung mglicher Schadensursachen ist zu bercksichtigen, dass sehr hnliche Schadens-bilder durch unterschiedliche Ursach

26、en bzw. Bean-spruchungsarten entstehen knnen. Insofern kann nicht davon ausgegangen werden, dass eine Scha-densursache eindeutig identifiziert ist, sobald in einem der Beibltter ein Schadensphnomen mit dem vorliegenden Schadensbild bereinstimmt. Es liegt aufgrund der fehlenden Ein-Eindeutigkeit in d

27、er Verantwortung des Anwenders dieser Richtli-nie, stets alle Beibltter zu bercksichtigen, sofern nicht das Schadensumfeld Ausschlsse zulsst. One guideline explains significant instrumental analysis methods in failure analysis (Part 2.1.10). Part 2.1.1 Defects of thermoplastic products made of plast

28、ics caused by faulty design Part 2.1.2 Defects of thermoplastic products made of plastics caused by faulty processing Part 2.1.3 Defects of thermoplastic products made of plastics caused by an un-favourable choice of material and by defects in the material Part 2.1.4 Defects of thermoplastic product

29、s made of plastics caused by me-chanical stress Part 2.1.5 Defects of thermoplastic products made of plastics caused by thermal stress Part 2.1.6 Defects of thermoplastic products made of plastics caused by tribo-logy-induced stress Part 2.1.7 Defects in thermoplastic products made of plastics cause

30、d by chemi-cal stress Part 2.1.8 Defects of thermoplastic products made of plastics caused by weather-induced stress Part 2.1.9 Defects of thermoplastic products made of plastics caused by micro-bial stress Part 2.1.10 Significant instrumental analysis methods for failure analysis of pro-ducts made

31、of plastics A catalogue of all available parts of this series of guidelines can be accessed on the internet at www.vdi.de/3822). The guidelines VDI 3822 Part 2.1.1 to Part 2.1.10 are valid only in conjunction with the guideline VDI 3822. In determining possible causes of failure, it should kept in m

32、ind that very similar failure modes can result from different causes and/or types of stress. Hence, it cannot be assumed that the cause of fail-ure has been clearly identified, simply because the failure mode that presents itself corresponds to one of failure phenomena described in one of the parts

33、of this guideline. This is no clear indication; the user of this guideline is always responsible for taking all of the parts into consideration, unless the failure environment justifies exclusions. B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04 4 VDI 3822 Blatt 2.1.4 / Part 2.1

34、.4 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2012 1 Anwendungsbereich Diese Richtlinie gilt nur fr solche Schden, die unmittelbar durch mechanische Beanspruchung, das heit berbeanspruchung bzw. Missbrauch an Kunststoffbauteilen hervorgerufen werden. Gege-benenfalls vorhande

35、ne Vorschden, die durch an-dere Belastungsarten oder fehlerhafte Verarbei-tung, Konstruktion oder Werkstoffe bzw. eine fal-sche Werkstoffauswahl entstanden sind und bei denen eine vergleichsweise geringe mechanische Beanspruchung zum endgltigen Versagen fhrt, werden in den entsprechenden anderen Bei

36、blttern behandelt. Hier wirkt die mechanische Beanspru-chung lediglich als Indikator fr andere Schadens-ursachen. Im Abschnitt Fraktografie“ werden typische Bruchflchenmerkmale vorgestellt anhand derer Rckschlsse auf den Bruchprozess, den Riss-ursprung, die Rissausbreitungsrichtung oder die Rissausb

37、reitungsgeschwindigkeit gezogen werden knnen. Diese Strukturen werden als Beispiele an Bruchflchen gezeigt, deren Entstehung und Vor-geschichte bekannt ist. 1 Scope This guideline applies only to defects that are di-rectly caused by mechanical stress, i.e. excessive or abusive use of thermoplastic c

38、omponents. Any previously existing defects caused by other types of stress, or by faulty processing, design or materi-als or the choice of an unsuitable material, and which ultimately result in failure under a compara-tively low level of mechanical stress, will be dealt with in one of the other, cor

39、responding parts. In this conjunction, mechanical stress only serves as an indicator of other causes of failure. In the section on “fractography”, typical fracture surface characteristics will be presented, which in turn provide information about the fracture proc-ess, the source of the crack, and t

40、he direction of crack propagation or the cracking speed. These structures will be illustrated using fracture sur-faces, for which the origin and previous history is known, as examples. 2 Normative Verweise Das folgende zitierte Dokument ist fr die Anwen-dung dieser Richtlinie erforderlich: VDI 3822:

41、2011-11 Schadensanalyse; Grundlagen und Durchfhrung einer Schadensanalyse 2 Normative references The following document is required for the appli-cation of this guideline: VDI 3822:2011-11 Failure analysis; Fundamental and performance of failure analysis 3 Schadensphnomene als Folge mechanischer Bea

42、nspruchung Die maximal zulssige Belastungsgrenze fr ein Bauteil wird durch den Werkstoff selbst sowie durch die Bauteilkonstruktion und -auslegung be-stimmt. Wenn ein Bauteil seine Funktion ber die vorgesehene Lebensdauer erfllen soll, dann ms-sen das Eigenschaftsprofil des Werkstoffs und das defini

43、erte Anforderungsprofil des Bauteils im Gleichgewicht stehen. Versagt ein Bauteil im Gebrauch als Folge aus-schlielich mechanischer Beanspruchung, kann davon ausgegangen werden, dass eine berbean-spruchung bzw. ein Missbrauch“ vorlag. Das heit, dieses Bauteil wurde ber die aufgrund der Bauteilausleg

44、ung festgelegte zulssige Belastungs-grenze hinaus beansprucht (berbeanspruchung) oder das Bauteil war einem anderen als dem be-stimmungsgemen Gebrauch ausgesetzt (Miss-brauch). Bauteilversagen infolge mechanischer Beanspru-chung im Bereich der zugedachten Belastung hin-gegen ist ein Indiz dafr, dass

45、 die eigentliche Schadensursache nicht in der mechanischen Bean-3 Failure phenomena caused by mechanical stress The maximum stress limit for a component is de-termined by the material itself as well as by the design and dimensioning of the component. If a component is to fulfil its function during t

46、he in-tended period of service, the property profile of the material and the defined requirement profile must be in balance with each other. If a component is subject to failure during use due solely to mechanical stress, a case of excessive use or “abuse” can be assumed. That means that this compon

47、ent was placed under stress that exceeded the maximum stress limit for which the component was designed (overstraining) or the component was used in a manner other than the mode of use for which it was intended (abuse). Component failure caused by mechanical stress within the intended stress limits,

48、 on the other hand, is an indication of the fact that the real cause of failure will not be found in mechanical stress itself, B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2012 VDI 3822 Blatt 2.1.4 / Part 2.1.4 5

49、spruchung selbst, sondern in der Bauteilkonstrukti-on, der Werkstoffauswahl, der Verarbeitungsquali-tt oder in der Wirkung uerer Einflsse (Tempe-ratur, Medien, Strahlung etc.) zu suchen ist. Die mechanische Beanspruchung bereits vorgeschdig-ter Bauteile ist dann letztendlich die Beanspru-chung, die zum endgltigen Bauteilversagen fhrt (Indikatorprinzip). Tritt z. B. infolge medialer Be-anspruchung eine Versprdung des Werkst