Bruch

Bei einem Materialbruch wird die Ursache für das Versagen eines Produktes oder einer Komponente über eine Bruchuntersuchung bewertet. Zunächst kann eine Begutachtung der Werkstückoberfläche wertvolle Hinweise zur Aufklärung der Schadensursache liefern. Fehler, wie z.B. Risse oder Kerben in der Oberfläche, können für den Bruch des Bauteils verantwortlich sein. Aus der Oberflächenstruktur der Bruchfläche lassen sich wichtige Rückschlüsse auf den Schadensmechanismus ziehen. In Abhängigkeit von der mechanischen Beanspruchung unterscheidet man Gewaltbrüche durch statische bzw. schlagartige Beanspruchung und Schwingbrüche, die sich infolge einer sich zyklisch verändernden Belastung entwickeln.

Die Bruchanalyse beginnt mit einer makroskopischen Bruchflächenbewertung. Sie dient zur Feststellung der Bruchart und dem Auffinden der Ausgangsstelle des Bruchs (Rissstarter). Eine weitere Eingrenzung ist möglich, wenn neben makroskopischen auch mikroskopische Bruchmerkmale in die Bruchflächenbewertung einfließen. Die Analyse der Form, der Lage, des Glanzes sowie anderer Besonderheiten der Bruchflächen mit dem Auge oder unter Einsatz des Elektronenmikroskops nennt man Fraktografie oder Mikrofraktografie. Bei der Beurteilung von Mikrobruchflächen ist vor allem der Bereich der Risseinleitung von Interesse. Aus dem Nachweis charakteristischer mikroskopischer Bruchmerkmale (z.B. Bereiche mit Waben- und Spaltstruktur, Schwingstreifen, interkristalliner Bruch) ergibt sich in Verbindung mit Informationen zur Belastung und zu den Umgebungsbedingungen sowie den Ergebnissen einer umfassenden Werkstoffuntersuchung Aufschluss über die Bruchursache.

Brüche entstehen auf Grund folgender Mechanismen:

Bruch infolge … Schadensmechanismus
… mechanischer Überlastung - Spröder Gewaltbruch (spontan)
- Duktiler Gewaltbruch
… konstruktiver Mängel - Geometrie (Materialquerschnitt)
… Ermüdung / zyklischer Belastung - Schwingbruch, Fretting-Korrosion
… Angriff chemischer Medien - Bruch infolge einer Spannungsriß-Korrosion / Wasserstoffversprödung
… Materialqualität / Verarbeitung (Einschlüsse, Wärmebehandlung, Umformung oder chemische Zersetzung) - Bruch infolge unzureichender Qualität des Werkstoffs

Dienstleistungen in der Bruchflächenanalyse:

  • Licht- und rasterelektronenmikroskopische Charakterisierung der Morphologie von Bruchflächen in Metallen und Kunststoffen
  • Identifizierung der Lage des Bruchursprungs, um Rückschlüsse auf die Belastungssituation der Komponente im Einsatz zu schließen
  • Bewertung des Einflusses des Werkstoffgefüges auf die Bruchentstehung, z.B. Korngröße und -struktur, Einschlüsse sowie Ausscheidungen an Korngrenzen
  • Nachweis und Analyse der chemischen Zusammensetzung von bruchauslösenden Medien, z.B. bei Spannungsriß-Korrosion
  • Bewertung der Faseranbindung in Verbundwerkstoffen und deren Einfluss auf die Bruchentstehung
  • Darstellung des teilkristallinen Gefüges, produktionsbedingter Inhomogenitäten und Spannungszustände in Polymeren
  • Nachstellen von Bruchereignissen durch mechanisch-technologische und chemisch-physikalische Versuche
  • Charakterisierung des Ermüdungsverhaltens metallischer und polymerer Werkstoffe (VHCF, HCF, LCF)

 

Spröder Gewaltbruch (Lichtmikroskopie)
Fretting-Korrosion an einem Rollenlager
Korrodierte Bruchfläche
Duktiler Gewaltbruch durch MnS-Einschlüsse
Duktiler Gewaltbruch (REM)
Duktiler Gewaltbruch (REM)
Querschliff durch ein infolge einer Pore gebrochenes Titanteil
Bruch infolge Wasserstoffversprödung (REM)
Schwingbruch in hoch-legiertem Stahl (REM)

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