AW: Werkstoffanalyse, Metallografie, etc...
Mein Brainstorming
Wenn ihr einen echten Werkstoffkundler konsultieren könnt, ist das Klasse. Die sind genau wie Konstrukteure rar. Ich bin eher ein interessierter allgemeiner Maschinenbauer.
Zu den Bildern: Mein Bildschirm zeigt möglicherweise nicht die Wahrheit.
Da das Außenmaß ~ Ø 250mm bekannt ist, hätte ich als alter Kupferer die Geometrie maßstabsgerecht abgeleitet. Die Wandstärke, an der der Bruch eintrat, sieht im Verhältnis zum restlichen Bauteil sehr dünn aus. Da Baggern ein anderer Sport als Formel1 ist, könnte man ein wenig mehr Material an seine Kunden verkaufen. Schließlich soll so ein Bagger nicht nur ein Rennen halten.
Leider müsste für eine Festigkeitsanalyse der Werkstoff näher bestimmbar sein… aber was soll´s…Es scheint ja vorrangig eine Werkstoffkundeaufgabe zu sein, bei der Ihr euch mit Schliffbildern, Wärmebehandlungsverfahren und Werkstoffverhalten auseinandersetzen sollt.
Das Teil wurde mit großer Sicherheit zersägt, um reingucken zu können. So wurde es im vollen Rand, im Rand mit Bohrung und im Bereich der Innen-Stege und dem Gewindefuß geschnitten…..Spuren der Spurensucher. Es fällt auf, dass der Bruch zwar entlang des Gewindefußes (Spitzgewinde am Außenumfang der Bruchfläche) verläuft. Aber auch die innen liegenden Stege sollten etwas Aufmerksamkeit erhalten. Sollte die Materialverdickung nach Innen den Gewindefuß außen überlappen, haben wir an der Stelle eigentlich einen größeren Materialquerschnitt, was für die Kerbwirkung des Gewindes spricht…insbesondere des mangelhaft ausgeführten Gewindefreistiches. Gerade der Übergang von großen auf kleine Durchmesser sind im Maschinenbau kritisch und dann noch Gewinde, was so klare scharfe Übergänge hat, wie das im Bild. Und das nach einer vermeintlichen Neukonstruktion. Ich sehe zwei klare Körperkanten. Interessanterweise verläuft der Bruch dann aber nicht wie erwartet entlang dieses „fehlenden“ Freistiches, sondern steigt auf über den querschnittsgrößeren Bereich (breiter Innensteg)…hätten wir die Richtung der Betriebslast, wüssten wir mehr. Auf der anderen Seite wird der Bruch hier sicher durch das Gefüge unterstützt. Feine Kriesel wechseln mit groben Grand Canons. Ungleiches Gefüge hält ungleichmäßig. Vom Gewindefuß ausgehend sind weite Bögen erkennbar. In der Draufsicht ist dort auch eine dunklere Stelle, die kreisförmig zum Außenumfang hin abnimmt. Von dort wird sich der Bruch fortgesetzt haben. Ein Indiz für die Kerbwirkung. Der Glühvorgang hatte eine Veränderung der Randschicht zur Folge. Dunkles Randgefüge. Die Gewindeberge haben versucht stehen zu bleiben. Die Randhaut, innen und außen glänzend glatt gerissen, krempelt sich regelrecht nach innen, hat also schon das Bestreben sich „zusammen zu halten“. Ein Zeichen für höhere Oberflächenspannung, wenn es nicht durch Umformvorgänge der anderen Bauteile während des Bruches herrührt.
Auf den ersten Blick sieht es aus wie ein gewöhnliches Gussteil, das abgedreht wurde und eine Oberflächendiffusion erfahren hat. Ich meine nicht die grüne Farbe, die eventuell nicht vollständig entfernt wurde. ABER im Bruchbild sind kupferne/güldene, dunkelgraue und moosgrüne Flächen zu sehen. Je nachdem wie lange die Bruchfläche schon vor sich hin oxidiert ist, ….
Das Schliffbild (mit Fingern) zeigt eine deutliche Materialtrennung. Die kann verschiedene Ursachen haben: vom Gießen, vom Schmieden…Dieses Bild ist aber auch ähnlich denen von zerstörten Kugellagerkugeln, die einfach in der Mitte „abscheren“. Häufig führen Texturen unter Betriebslast zu solchen Erscheinungen. Entlang einer Textur verlaufen die Korngrenzen. Der größte Feind des Kristalls aber unser Garant für Isotropie. Dummerweise sind gleich gerichtete Korngrenzen mit ihrer schlechten mechanischen Belastbarkeit wie ein Reißverschluss im Material also anisotrop bezogen auf den ganzen Körper.
Auf allen Schliffbildern zieht sich eine Textur durch das Material.
Messpunkt 1 scheint von der Randschicht zu sein, da hier bei 200x eine Randschichtdiffusion sowie kugelförmige Ausscheidungen (Schweißtropfen) erkennbar sind. Die stammen mit großer Sicherheit vom Glühen.
Messpunkt 2 zeigt sicher den Grundwerkstoff mit seiner „schönen“ Gleichgerichtetheit. Für mich stellt sich gerade ein Problem. Normalerweise spricht man von Textur im makroskopischen Bereich, wenn sich Körner z. B. durch einen Umformvorgang in eine Richtung legen. Hier liegen ähnlich den Fe3C-Stegen im Perlit sogar Korninnenstrukturen in eine Richtung. Und sie erscheinen eher wenig scharfkantig sondern rund geschweift. Die Ursachen können Gitterfehler sein. Ich tippe auf eine große Anzahl von Versetzungen oder den gleichmäßigen Einbau eines Legierungselementes in das Gitter. Dann liegt hier eine Kristallgemisch mit einem Mischkristall vor. Die Eigenschaften beider sind sehr unterschiedlich. So kann beim Mischkristall je nach Konzentration der Komponenten die betrachtete Eigenschaft extrem andere Werte haben. Man glaubt, wie töricht, meist an eine kontinuierliche Veränderung der Eigenschaften und steht plötzlich vor einem Rätsel. Während beim Kristallgemisch die Eigenschaft des mehr vorhandenen Elements tragend/prägend ist. Liegt hier ein Kristallgemisch mit einem Mischkristall vor kann dies zu weiterer Verwirrung führen….thats life!
Meine Empfehlung: Entweder das Legieren und Abgießen der vorliegenden Mischung genauer untersuchen und beherrschen lernen. Feinkörniges Gefüge ohne Ausrichtung von irgendwas erzeugen. ODER Material substituieren.
In jedem Fall die Wanddicke vergrößern.
:) 
ESCON Engineering Services and Consulting GmbH · Berlin-Steglitz
Cimbria Heid GmbH · deutschlandweit
AGCO GmbH · Marktoberdorf
Omnitron Griese GmbH · Erkrath
Knauf Insulation GmbH · Bernburg
Autobahn GmbH · Hamburg
Hydrema Produktion Weimar GmbH · Weimar
Heraeus Site Operations GmbH & Co. KG · Hanau
FREYLER Unternehmensgruppe · Kenzingen
über Jobware Personalberatung · Region Kassel
Stromnetz Hamburg GmbH · Hamburg
BREMER AG · Hamburg
HARTING Electric Stiftung & Co. KG · Rahden
EJOT Holding GmbH & Co. KG · Tambach-Dietharz
ESG Elektroniksystem- und Logistik-GmbH · Koblenz
Landesbetrieb Mobilität Rheinland-Pfalz · Diez