Effecten duurzaamheids - VeMet

Falen of presteren:Duurzaamheid &Betrouwbaarheid van materialen enconstructies91 e bijeenkomst Contactgroep Fractografie van de VerenigingMetalen i.s.m. Studiekring Duurzaamheid & BetrouwbaarheidHengelo, 28 mrt 2012Jasper Brinksma Schade onderzoeker / Consultant Failure Analysisjasper.brinksma@element.comTel. 074 240 81861

InhoudElement Materials TechnologyBenadering ontwerpMateriaal testen / validatieCasesSamenvattingVragen91 e bijeenkomst BVM, VEMET Contactgroep fractografie, D&B 2

Sterkte en duurzaamheid van een constructieInvloed omgeving/milieuService loadsChemische omgevingService temperatureMateriaalOntwerp van de constructie91 e bijeenkomst BVM, VEMET Contactgroep fractografie, D&B 3

Materiaal TestenProduct Kwalificatie TestenSchade Onderzoek91 e bijeenkomst BVM, VEMET Contactgroep fractografie, D&B 4

Bros of taai falen91 e bijeenkomst BVM, VEMET Contactgroep fractografie, D&B 5

Kerfslag Charpy impact test geeft een goede indicatie van de gevoelighied van hetmateriaal voor onstabiele brosse breuk in de aanwezigheid vanspannings conentratie (kerf) . Ofwel maat voor breukgedrag (bros taai) van een materiaal bij eenbepaalde temperatuur onder een plotselinge belasting. WWII (Libertyschepen) Basis voor verder onderzoek (US navy)91 e bijeenkomst BVM, VEMET Contactgroep fractografie, D&B 6

Breuktaaiheid K IC /CTOD Kwantitatieve maat voor de weerstand van het materiaal een defect voorscheuruitbereiding. Weergave als de kritische spanningsintensiteit (KIC) of als kritischescheurtip opening (CTOD = crack tip opening displacement) Belangrijke parameter in fit-­‐for-­‐purpose berekeningen (BS7910 / API 579).91 e bijeenkomst BVM, VEMET Contactgroep fractografie, D&B 7

VermoeiingsproefVermoeiing kan optreden indien een materiaal onderworpen wordt aan eenwisselende belasting.Afhankelijk van veel parameters:Uitvoering van de constructieMateriaalMilieuType van wisselende belastingFrequentie van de belastingMoeilijk een representatieve loadcase te kiezen91 e bijeenkomst BVM, VEMET Contactgroep fractografie, D&B 8

Chemische analyse Optische Emissie Spectroscopie (OES) Infrarood verbrandingsanalyse (C+S) Inductive Coupled Plasma (ICP) Positive Material Identification (PMI) Energy Dispersive X-­‐ray (EDX) Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) Differential Scanning Calorimetry (DSC)91 e bijeenkomst BVM, VEMET Contactgroep fractografie, D&B 9

Corrosietesten Pitting corrosieVb: ASTM G48 (pitting corrosietest voor RVS)Expositie in ijzerchloride voor typisch 24 uurBeoordeling: wel of geen putten Interkristallijne corrosieVb: Strausstest (ASTM A262 Pr. E en ISO 3651-­‐2)Expositie in kokende kopersulfaatoplossing gevolgd door buigproefBeoordeling: visuele beoordeling aan oppervlak Spanningscorrosietesten (SCC)Expositie in medium b.v. H 2 S oplossing (offshore) of magnesium-­chlorideterwijl materiaal onderspanning wordt gehoudenBeoordeling: visuele beoordeling op scheurvorming91 e bijeenkomst BVM, VEMET Contactgroep fractografie, D&B 10

Metallografie Studie van de fysische structuur van een materiaal Lage vergroting (macro) b.v. lasgeometrie Hoge vergroting voor beoordeling microstructuur op:structurenkorrelgroeiprecipitatiestructuuromzettingeneffecten warmte-­‐behandeling, gebruikstemperatuurscheurenkruipschadecorrosie aantastinglaagdiktemetingen91 e bijeenkomst BVM, VEMET Contactgroep fractografie, D&B 11

Metallografie91 e bijeenkomst BVM, VEMET Contactgroep fractografie, D&B 12

Case study Failure analysisPolymers / Composites failuresFatigue related failuresCorrosion related failures91 e bijeenkomst BVM, VEMET Contactgroep fractografie, D&B 13

Case study Polymers & Composites+ Weight, strength and corrosion resistance-­‐ Recycling and MRO aspects91 e bijeenkomst BVM, VEMET Contactgroep fractografie, D&B 14

Case study glass fiber reinforced polymer Material PPO/GF Orientation of GF Distribution of GF Adhesion of GF Fibrils91 e bijeenkomst BVM, VEMET Contactgroep fractografie, D&B 15

Case study failure of a bolt Bolt class 8.8 Torque Cyclic loading Approx 3 years in service91 e bijeenkomst BVM, VEMET Contactgroep fractografie, D&B 16

Case study failed main shaft Material 42CrMo4 Revealing of the fracture surfaces Beachmarks91 e bijeenkomst BVM, VEMET Contactgroep fractografie, D&B 17

Case study failed main shaftMacro and cross section originAHardness Traverse A-­‐399-­‐399-­‐509-­‐509-­‐593-­‐618-­‐593-­‐570-­‐362-­‐304-­‐257-­‐264-­‐264-­‐244-­‐232 (HV0.2)Core hardness245-­‐245-­‐245 (HV10)91 e bijeenkomst BVM, VEMET Contactgroep fractografie, D&B 18

Case study welded connecting rod Flat and smooth Fracture surface Multiple ridges No clear beachmarks Cyclic loading91 e bijeenkomst BVM, VEMET Contactgroep fractografie, D&B 19

Case study welded connecting rodSEM examination and cross sectionoriginStriations91 e bijeenkomst BVM, VEMET Contactgroep fractografie, D&B 20

Case study of a welded shaftMultiple ridges and beachmarksResidual stresses (Barkhausen-­‐noise)91 e bijeenkomst BVM, VEMET Contactgroep fractografie, D&B 21

Case study failure of a bolt class 12.9Combination 12.9 bolts and surface treatment!91 e bijeenkomst BVM, VEMET Contactgroep fractografie, D&B 22

Case study failure of a bolt class 12.9Aspects of Hydrogen Embrittlement (SCC) Absorption of hydrogen Recombination of hydrogen Pressure up to 2400 bar (pores) Source of hydrogen: surface treatment (plating, pickling) High strength material (Martensitic, Nickel alloys)91 e bijeenkomst BVM, VEMET Contactgroep fractografie, D&B 23

Case study failed pipe heat exchangerVisual examinationEDX analysesSpectrum C O Na MgAl Si S Cl K Ca Ti Cr Mn1 39.9 0.7 0.6 4.2 14.7 3.7 0.8 0.9 3.0 3.6 26.6 1.52 33.2 0.9 1.1 2.9 5.8 1.2 0.5 11.9 41.8 0.73 34.6 0.6 2.6 7.4 3.1 0.9 0.7 1.5 10.0 36.5 2.14 1.9 37.6 0.7 4.3 14.5 3.6 0.7 1.3 5.2 3.4 25.2 1.65 36.6 0.9 4.8 15.6 4.3 0.8 1.1 4.6 6.7 22.9 1.96 41.3 0.8 4.8 15.0 4.1 0.4 1.5 4.4 0.4 6.5 20.97 42.6 0.9 4.6 15.7 2.6 0.6 1.2 2.9 4.3 23.1 1.68 47.1 1.2 5.2 16.5 2.9 0.7 1.0 2.0 0.3 4.4 17.3 1.59 23.2 2.0 6.7 4.5 0.9 0.7 3.2 18.2 37.3 3.610 38.1 0.9 4.6 25.4 2.4 0.5 0.9 6.1 3.1 17.2 0.811 8.9 9.6 1.7 4.9 0.9 4.6 2.1 64.7 2.612 47.4 0.9 0.9 3.5 10.7 2.9 1.3 0.9 2.3 8.8 0.5 18.1 1.913 38.3 0.8 0.6 2.9 19.1 2.9 0.7 0.5 1.0 15.9 16.1 1.2FeNi91 e bijeenkomst BVM, VEMET Contactgroep fractografie, D&B 24

Case study of a failed heat exchanger pipeCross section microstructureStress corrosion cracking (SCC)91 e bijeenkomst BVM, VEMET Contactgroep fractografie, D&B 25

RésuméFalen of presteren:Hoe bewerkstellig ik een duurzaam ontwerpOnderzoek (kennis)Testen testen testenGBV91 e bijeenkomst BVM, VEMET Contactgroep fractografie, D&B 26

Hartelijk dank voor uw aandacht!91 e bijeenkomst BVM, VEMET Contactgroep fractografie, D&B 27

AmsterdamHengelo (Ov)TelefoonTelefaxE-mailWebsite:::::::Czaar Peterstraat 229, 1018 PLPostbus 379, 1000 AJLangelermaatweg 14, 7553 JDPostbus 131, 7550 AC(020) 556 35 55(074) 240 81 94(020) 556 35 56(074) 240 81 95Info.amsterdam@element.comInfo.hengelo@element.comwww.element.com91 e bijeenkomst BVM, VEMET Contactgroep fractografie, D&B 28