VDI 3822 Blatt 2 2 5-2016 Failure analysis - Defects on elastomeric products caused by mechanical stress.pdf

1、ICS 03.100.40, 83.140.01 VDI-RICHTLINIEN Januar 2016 January 2016 VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE Schadensanalyse Schden an Elastomerprodukten durch mechanische Beanspruchung Failure analysis Defects on elastomeric products caused by mechanical stress VDI 3822 Blatt 2.2.5 / Part 2.2.5 Ausg. deutsch/engl

2、isch Issue German/English Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich. The German version of this standard shall be taken as authori-tative. No guarantee can be given with respect to the English translation. VDI-Gesellschaft Materials Engineering (GME) Fachbereich Werkstofftechnik VDI-Han

3、dbuch 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: Verfgbarkeit/Schadensanalyse Vervielfltigungauch

4、fr innerbetrieblicheZweckenichtgestattet/Reproduction even for internalusenotpermittedFrhereAusgabe:04.14Entwurf, deutschFormeredition:04/14Draft,inGerman onlyZu beziehen durch/AvailableatBeuthVerlagGmbH,10772 Berlin AlleRechtevorbehalten/All rightsreservedVereinDeutscherIngenieuree.V.,Dsseldorf2016

5、Inhalt Seite Contents Page Vorbemerkung . 2 Einleitung . 2 1 Anwendungsbereich . 4 2 Normative Verweise 4 3 Abkrzungen . 5 4 Schden durch mechanische Beanspruchung . 5 4.1 bersicht zu Schden durch mechanische Beanspruchung . 6 4.2 Schadensbilder Beispiele 8 Schrifttum 14 Preliminary note . 2 Introdu

6、ction 2 1 Scope . 4 2 Normative references . 4 3 Abbreviations 5 4 Damage caused by mechanical stress . 5 4.1 Overview of damages caused by mechanical stress . 6 4.2 Failure modes Examples . 8 Bibliography 14 B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEE1A2

7、9BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-02 2 VDI 3822 Blatt 2.2.5 / Part 2.2.5 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2016 Vorbemerkung Der Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Beachtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richtlinie VDI 1000. Alle Rechte, ins

8、besondere die des Nachdrucks, der Fotokopie, der elektronischen Verwendung und der bersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstn-dig, sind vorbehalten. Die Nutzung dieser Richtlinie ist unter Wahrung des Urheberrechts und unter Beachtung der Li-zenzbedingungen (www.vdi.de/richtlinien), die in den VD

9、I-Merkblttern geregelt sind, mglich. Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieser Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt. Preliminary note The content of this standard has been developed in strict accordance with the requirements and rec-ommendations of the standard VDI 1000. All rights are r

10、eserved, including those of reprint-ing, reproduction (photocopying, micro copying), storage in data processing systems and translation, either of the full text or of extracts. The use of this standard without infringement of copyright is permitted subject to the licensing con-ditions (www.vdi.de/ri

11、chtlinien) specified in the VDI Notices. We wish to express our gratitude to all honorary contributors to this standard. Einleitung Durch Schadensanalysen sollen die Ursachen fr schadhafte Vernderungen bei Werkstoffen und Produkten bis hin zum Versagen aufgedeckt wer-den. Die sich hieraus ergebenden

12、 Erkenntnisse bilden die Grundlage gezielter Manahmen zur Schadensabhilfe und -verhtung. Eine der Haupt-aufgaben der Schadensanalyse ist die Auswahl geeigneter Untersuchungsverfahren und die wis-senschaftlich fundierte, zusammenfassende Aus-wertung der Einzelergebnisse. Die Richtlinienreihe definier

13、t Begriffe, benennt einheitlich Schadensarten und be-schreibt diese, leitet zur systematischen Vorgehensweise bei der Schadensanalyse an, gewhrleistet Vergleichbarkeit der Ergebnisse verschiedener Untersuchungsstellen und schafft Voraussetzungen zur nachvollziehbaren Dokumentation. Aufgrund der hufi

14、g gleichzeitig auftretenden chemischen, thermischen und mechanischen Belas-tungen von Elastomerprodukten berschneiden sich die Schadensphnomene teilweise. Folglich ergeben sich verschiedene Schadensphnomene oder -bilder, die auch in anderen Blttern dieser Richtlinienreihe bereits beschrieben sind. I

15、n dieser Richtlinie wird zwischen den Begriffen Belastung“ und Beanspruchung“ nach folgender Begriffsdefinition unterschieden: Belastung: Einflussgren, die von auen auf das Bauteil einwirken Beanspruchung: Reaktion des Materials (Span-nung, Verformung usw.) auf die Last (oder die Belastung), die bei

16、 berschreiten der Bean-spruchungsgrenzen zu einem Schadensfall fh-ren kann Introduction The purpose of failure analysis is to discover the causes of defective changes in materials and prod-ucts that ultimately lead to failure. The findings from this provide a basis for targeted measures to remedy an

17、d prevent failure. One of the main tasks of failure analysis is the selection of appropriate investigation methods and the scientifically sound, comprehensive evaluation of the individual find-ings. This series of standards provides definitions of terms, gives consistent designations and description

18、s of failure types, provides direction for systematically perform-ing failure analyses, ensures the comparability of the results ob-tained by different analytical laboratories, and creates the prerequisites for a comprehensible documentation. Because chemical, thermal, and mechanical stress-es on el

19、astomer products tend to occur simultane-ously, the failure phenomena overlap to a certain extent. This leads to various failure phenomena or failure modes that have also been described in oth-er parts of this series of standards. This standard distinguishes between the concepts of “load” and “stres

20、s”, according to the following definition: load: a factor that acts upon a part from outside stress: the reaction of the material (strain, de-formation, etc.) to the applied load, which can lead to failure when stress limits are exceededB974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD

21、15BE74F0686BD19CFC1FA2DEE1A29BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-02All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2016 VDI 3822 Blatt 2.2.5 / Part 2.2.5 3 Siehe zudem VDI 3822 Blatt 2.1.4. Einteilung Richtlinienreihe VDI 3822 Blatt 2.2 Die Richtlinienreihe ist folgendermaen s

22、trukturiert: Die werkstoffbergreifende Richtlinie VDI 3822 behandelt Grundlegendes zur Vorgehensweise. Eine Richtlinie errtert allgemeine Gesichts-punkte zum komplexen Thema Alterung von Elastomeren“ (Blatt 2.2.1) Drei Richtlinien beschreiben mgliche Ursa-chen, die bereits vor der Nutzung auftreten

23、knnen (Blatt 2.2.2 bis Blatt 2.2.4). Fnf Richtlinien beziehen sich auf mgliche Ursachen whrend der Nutzung (Blatt 2.2.5 bis Blatt 2.2.9). Eine Richtlinie erlutert die bedeutenden in-strumentellen Analysemethoden in der Scha-densanalyse (Blatt 2.2.10). Blatt 2.2.1 Schden an Elastomerprodukten durch A

24、lterung (in Vorbereitung) Blatt 2.2.2 Schden an Elastomerprodukten durch Fehler bei der Compound-Herstellung (in Vorbereitung) Blatt 2.2.3 Schden an Elastomerprodukten durch Fertigungsfehler Blatt 2.2.4 Schden an Elastomerprodukten durch Fehler bei der Konstruktion Blatt 2.2.5 Schden an Elastomerpro

25、dukten durch mechanische Beanspruchung Blatt 2.2.6 Schden an Elastomerprodukten durch tribologische Beanspruchung (in Vorbereitung) Blatt 2.2.7 Schden an Elastomerprodukten durch thermische Beanspruchung (in Vorbereitung) Blatt 2.2.8 Schden an Elastomerprodukten durch mediale Beanspruchung Blatt 2.2

26、.9 Schden an Elastomerprodukten durch klimatische Beanspruchung Blatt 2.2.10 Bedeutende instrumentelle Analy-semethoden fr die Schadensana-lyse an Elastomerprodukten (in Vorbereitung) Eine Liste der aktuell verfgbaren Bltter dieser Richtlinienreihe ist im Internet abrufbar unter www.vdi.de/3822. Die

27、 Richtlinien VDI 3822 Blatt 2.2.1 bis Blatt 2.2.10 gelten jeweils nur in Verbindung mit der Richtlinie VDI 3822. See also VDI 3822 Part 2.1.4. Structure of the series of standards VDI 3822 Part 2.2 This series of standards is structured as follows: The standard VDI 3822, which applies to a number of

28、 different materials, deals with fun-damental methodical questions. One standard deals with general issues of the complex topic of “elastomer ageing” (Part 2.2.1). Three standards describe possible failure causes that apply before use (Part 2.2.2 to Part 2.2.4). Five standards deal with possible fai

29、lure causes during use (Part 2.2.5 to Part 2.2.9). One standard explains significant instrumental analysis methods in failure analysis (Part 2.2.10).Part 2.2.1 Defects on elastomeric products caused by aging (in preparation) Part 2.2.2 Defects on elastomeric products caused by faulty compounding (in

30、 preparation) Part 2.2.3 Defects on elastomeric products caused by faulty processing Part 2.2.4 Defects on elastomeric products caused by faulty design Part 2.2.5 Defects on elastomeric products caused by mechanical stress Part 2.2.6 Defects on elastomeric products caused by tribological stress (in

31、preparation) Part 2.2.7 Defects on elastomeric products caused by thermal-induced stress (in preparation) Part 2.2.8 Defects on elastomeric products caused by media-induced stress Part 2.2.9 Defects on elastomeric products caused by climate-induced stress Part 2.2.10 Significant instrumental analysi

32、s methods for failure analysis of elastomeric products (in preparation) A catalogue of all available parts of this series of standards can be accessed on the Internet at www.vdi.de/3822. The standards VDI 3822 Part 2.2.1 to Part 2.2.10 are only applicable in conjunction with the stand-ard VDI 3822.

33、B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEE1A29BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-02 4 VDI 3822 Blatt 2.2.5 / Part 2.2.5 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2016 Bei der Ermittlung mglicher Schadensursachen ist zu b

34、ercksichtigen, dass sehr hnliche Schadens-bilder durch unterschiedliche Ursachen oder 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 Sch

35、adensbild bereinstimmt. Es liegt aufgrund der fehlenden Eineindeutigkeit in der Verantwortung des Anwenders dieser Richtli-nie, stets alle Beibltter zu bercksichtigen, sofern nicht das Schadensumfeld Ausschlsse zulsst. In determining possible causes of failure, it should be kept in mind that very si

36、milar failure modes can result from different causes and/or types of stress. Hence, it must not be assumed that the cause of failure has been clearly identified as soon as the observed failure mode corresponds to one of the failure phenomena described in one of the parts of this standard. This is no

37、 clear indication; the user of this standard is always responsible for taking all parts into consideration, unless the failure envi-ronment justifies exclusions. 1 Anwendungsbereich Diese Richtlinie gilt nur fr solche Schden, die unmittelbar durch mechanische Beanspruchung, das heit aufgrund von ber

38、beanspruchung durch me-chanische Belastung whrend des Einsatzes sowie bei der Montage von Elastomerprodukten hervor-gerufen werden. Das bedeutet beispielsweise, dass Schden in Werkstoffverbunden, wie Gummi-Metall-Bauteile oder gewebeverstrkte Schluche, deren Ursache nicht in der Elastomerkomponente

39、allein liegt, in dieser Richtlinie nicht behandelt werden. Diese Richtlinie darf daher nicht fr die Schadensanalyse an Reifen angewandt werden. Whrend des Einsatzes sind Elastomerprodukte unterschiedlichen Belastungen ausgesetzt, deren Einflsse sich nur schwer trennen lassen und welche sich darber h

40、inaus wechselseitig beeinflussen. So fhren beispielsweise Alterungsprozesse zu signifi-kanten Vernderungen des Werkstoffs und seiner Eigenschaften, sodass eine mechanische Belastung letztlich zur berschreitung der vernderten Festig-keits- oder Dehnungswerte fhren kann. Prinzipiell lassen sich mehrer

41、e Arten von mechani-schen Belastungen unterscheiden, z. B. die Belas-tung durch Zug, Druck oder Torsion. Daneben ist aber auch eine Knickbewegung oder Stauchung denkbar. Zudem spielt die Belastungsgeschwindig-keit eine wichtige Rolle. So macht es durchaus einen signifikanten Unterschied, ob die Bela

42、stung schnell oder langsam erfolgt und ob diese gleich-mig anliegt oder aber stoartig erfolgt. Der letz-tere Fall ist insbesondere bei tiefen Temperaturen kritisch, wenn sich das Elastomer im Glasber-gangsbereich oder gar darunter befindet (siehe auch VDI 3822 Blatt 2.2.7). 1 Scope This standard app

43、lies only to such damage that is caused directly by mechanical stress, or rather ex-cessive stress due to mechanical load that occurs during the use or installation of elastomer products. This means that damages in e.g. composite materi-als such as rubber-on-metal components or fabric-reinforced tub

44、ing, where the cause lies not alone in the elastomer component, will not be dealt with in this standard. This standard must therefore not be used for damage analysis on tyres. During use, elastomer products are subject to vari-ous loads whose influences are hard to distinguish and that also interact

45、 with each other. For example, ageing processes lead to significant changes in the material and its characteristics, so that the changed strength or elongation limits are then exceeded by a mechanical load. Basically, several types of mechanical loads can be distinguished, such as tensile, compressi

46、on, or torsion loads. Bending or longitudinal compression are also possible directions of load. What also plays an important role is the velocity of load ap-plication. There is a significant difference whether the load is applied quickly or slowly and whether it is uniform or intermittent. The latte

47、r case is partic-ularly critical at low temperatures when the elas-tomer is at or even below its glass transition tem-perature (see also VDI 3822 Part 2.2.7). 2 Normative Verweise Das folgende zitierte Dokument ist fr die Anwen-dung dieser Richtlinie erforderlich: VDI 3822:2011-11 Schadensanalyse; G

48、rundlagen und Durchfhrung einer Schadensanalyse 2 Normative references The following referenced document is indispensa-ble for the application of this standard: VDI 3822:2011-11 Failure analysis; Fundamentals and performance of failure analysis B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B

49、1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEE1A29BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-02All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2016 VDI 3822 Blatt 2.2.5 / Part 2.2.5 5 3 Abkrzungen In dieser Richtlinie werden die nachfolgend aufge-fhrten Abkrzungen verwendet: CT Computertomografie DSC Differential Scanning Calorimetry DVR Druckverformungsrest EDX energiedispersive Rntgenspektroskopie GC/MS Gaschroma