Hintergrund
Das Team des Rimkus-Labors für Materialprüfung und -untersuchung wurde mit der Untersuchung eines gebrochenen Adapterfittings aus vernickeltem Messing beauftragt, das einen Wasserschlagableiter mit einer Ventilbaugruppe verbindet. Das Team führte eine metallurgische Fehleranalyse und eine Korrosionsuntersuchung durch, um die Ursache für den Bruch zu ermitteln.
Angebotene Dienstleistungen
Der ausgefallene Messingadapter wurde einer Reihe von Prüf- und Analysetechniken unterzogen, darunter visuelle und stereoskopische Untersuchungen, Untersuchungen mit dem Rasterelektronenmikroskop (REM), Analyse der Elementzusammensetzung durch energiedispersive Spektroskopie (EDS), Metallographie/Mikrostrukturbewertung und Analyse der chemischen Zusammensetzung (OES).
Ergebnisse
Die Ergebnisse der Tests und Analysen zeigten, dass der Adapter aufgrund von Spannungsrisskorrosion (SCC) versagte. Der Bruch begann entlang der Oberfläche des Innendurchmessers (ID) des Adapters an einer scharfen Ecke mit Innenradius. Der scharfe Zustand der Ecke, die Oberflächenverformung durch die Bearbeitung des Innendurchmessers und das Vorhandensein von tiefen Bearbeitungsspuren auf dem Innendurchmesser erzeugten zusammen die für das SCC-Versagen erforderliche Spannung. Das Fehlen einer einheitlichen Vernickelung auf der ID-Oberfläche setzte den Messingadapter Medien aus, die SCC in Messing begünstigen und wahrscheinlich Schwefel- und/oder Chloridverbindungen enthalten, die in den Ablagerungen auf der Bruchoberfläche gefunden wurden.
Der Adapter wurde aus Messing hergestellt, das den chemischen Anforderungen von C27450 entspricht. Diese Legierung ist in vielen Wasserumgebungen sehr anfällig für SCC.
Zahlen
Abbildung 1: Foto der Baugruppe aus Ventil und Ableiter im Neuzustand. Der gebrochene Adapter verbindet den Wasserschlagabsorber mit dem Ventil, wie durch die roten Pfeile angezeigt.
Abbildung 2: Foto des gebrochenen Adapters nach dem Ausbau aus der Ventil- und Ableiteranordnung. Der Adapter war bei der Herstellung vernickelt worden. Der Bruch trat auf der Ventilseite des Sechskantmutterteils auf.
Abbildung 3: Nahaufnahme der vom Wasserabscheider freigelegten Bruchfläche vor der Reinigung. Es wurde eine EDS-Analyse durchgeführt, um die elementare Zusammensetzung der Rückstände auf der Bruchoberfläche zu ermitteln.
Abbildung 4: Die obige Spektrografie zeigt die EDS-Elementaranalyse der Rückstände auf der Bruchfläche. Das Kupfer (Cu) und das Zink (Zn) wurden dem unedlen Metall zugeordnet. Der Sauerstoff (O) wurde dem Kupferoxid zugeschrieben. Kohlenstoff (C), Silizium (Si), Kalzium (Ca) und kleinere Konzentrationen von Schwefel (S), Chloriden (Cl), Kalium (K), Eisen (Fe) und Aluminium (Al) wurden kohlenstoffhaltigen Ablagerungen und wasserbedingten Verunreinigungen zugeschrieben. Die Spuren von Nickel (Ni) wurden auf die Vernickelung der Innen- und Außenflächen des Adapters zurückgeführt. Schwefel- und Chloridverbindungen sind bekannte Korrosionsmittel für Messinglegierungen.
Abbildung 5: REM-Bild mit geringer Vergrößerung der gereinigten Bruchfläche. Entlang des Umfangs der ID-Oberfläche des Adapters wurden tiefe Bearbeitungsspuren festgestellt.
Abbildung 6: Hochvergrößernde REM-Aufnahme der Bruchfläche entlang der OD-Oberfläche. Die Bruchmerkmale weisen einen erheblichen Korrosions-/Oxidationsangriff auf.
Abbildung 7: Hochvergrößernde REM-Aufnahme der Oberfläche entlang des Innendurchmessers. Die Bruchmerkmale weisen eine Kombination aus Quasi-Spaltung und korrodierter/oxidierter Oberfläche auf. Mehrere sekundäre Risse (durch die gelben Pfeile gekennzeichnet) wurden zwischen den gebrochenen Körnern festgestellt.
Abbildung 8: Mikrofoto mit geringer Vergrößerung des Adapters mit Längsschnitt durch die Bruchfläche (weiße Klammern). Die weißen Pfeile zeigen die Initiationsstelle an der Änderung der ID an.
Abbildung 9: Vergrößerte Mikroaufnahme der verzweigten Risse, die auf der ID-Oberfläche in der Nähe der Bruchausgangsstelle festgestellt wurden. Die Risse pflanzten sich überwiegend in einer mehrfach verzweigten transgranularen Weise fort. Diese Rissmorphologie steht im Einklang mit transgranularer Spannungsrisskorrosion (SCC). Die Richtung der Risse deutet darauf hin, dass sie an der Innenfläche beginnen und sich zur Außenfläche hin ausbreiten.
Abbildung 10: Mikroskopische Aufnahme mit hoher Vergrößerung der Spitzen der sich verzweigenden Risse in der Wand des Adapterstücks. Die transgranulare Ausbreitung ist deutlicher zu erkennen.
Abbildung 11: Mikroskopische Aufnahme mit hoher Vergrößerung der Oberflächenverformung, die durch die starken Bearbeitungsspuren entlang der ID-Oberfläche entstanden ist. Die Oberflächenverformung führt zu hohen Eigenspannungen in der Innenfläche des Adapters.