• 25. Mai 2023

    (Mobile) Spektralanalyse: Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA) und optische Emissionsspektroskopie (OES)

    Die Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA) und die optische Emissionsspektroskopie (OES) sind zwei wichtige Verfahren der Werkstoffprüfung. Beide ermöglichen genaue und zuverlässige Materialanalysen, aber sie funktionieren auf unterschiedliche Weise und haben spezifische Anwendungsgebiete.

    Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA)

    Die RFA ist eine zerstörungsfreie Prüftechnik, welche Röntgenstrahlen verwendet um die Elementzusammensetzung von Materialien zu bestimmen. Bei dieser Technik wird das zu analysierende Material mit Röntgenstrahlen bestrahlt. Wenn die Röntgenstrahlen auf das Material treffen, regen sie die Atome an, die daraufhin sekundäre (oder fluoreszierende) Röntgenstrahlen aussenden. Diese emittierten Strahlen werden analysiert, um eine quantitative und qualitative Zusammensetzung des Materials zu ermitteln. Die RFA kann für die Untersuchung einer Vielzahl von Materialien, einschließlich Metallen, Keramiken und Kunststoffen, verwendet werden.

    Optische Emissionsspektroskopie (OES)

    Im Gegensatz dazu verwendet die OES eine Funken- oder Lichtbogenentladung, um die Probenoberfläche anzuregen und so Lichtemissionen von Atomen und Ionen zu erzeugen. Die emittierte Strahlung wird analysiert, um die genaue chemische Zusammensetzung des Materials zu bestimmen. Durch die Auswertung der spezifischen Wellenlängen der im Werkstoff enthaltenen Materialien kann die OES die Präsenz und die Konzentrationen spezifischer Elemente in der Probe feststellen. Dieses Verfahren eignet sich hervorragend zur Analyse von Metallen und Legierungen.

    Ein Prüfer der W.S. Werkstoff Service GmbH analysiert ein metallisches Rohr auf seine chemische Zusammensetzung.
    Mobile OES an einem Rohrabschnitt

    Anwendungsgebiete und Vorteile

    Sowohl RFA als auch OES werden häufig in der Metallindustrie verwendet, da sie genaue Informationen über die chemische Zusammensetzung von Metallen und Legierungen liefern können. Sie werden zur Qualitätskontrolle, zur Materialidentifizierung und zur Bestimmung der Eignung von Materialien für spezifische Anwendungen eingesetzt. Beide Techniken haben den Vorteil, dass sie relativ schnell und einfach durchzuführen sind und gleichzeitig sehr genaue Ergebnisse liefern. Ein weiterer wichtiger Aspekt: Beide Verfahren können mobil genutzt werden.

    Insgesamt bieten RFA und OES wertvolle Instrumente für die metallische Werkstoffprüfung. Sie ermöglichen schnelle, genaue und (im Fall der RFA) zerstörungsfreie Analysen, was sie zu unverzichtbaren Werkzeugen in zahlreichen industriellen und wissenschaftlichen Anwendungen macht. Mit ihrer Hilfe können Unternehmen die Qualität und Zuverlässigkeit ihrer Produkte und die Einhaltung von Standards gewährleisten.

    Anwendungsbeispiele

    Ein Beispiel für den Einsatz der RFA-Analyse wäre die Überprüfung der Materialzusammensetzung in der Recycling-Industrie. Eine Lieferung von Metallschrott, welche verschiedene Arten von Metallabfällen enthält (z.B. Edelstahl, Kupfer, Aluminium und andere Metalle). Mit RFA können die Metalltypen schnell, ausreichend genau und vor Ort identifiziert, sortiert und anschließend recycelt werden.

    Dagegen ist die OES-Analyse z.B. besonders nützlich in der Qualitätskontrolle der Stahlproduktion. Kleinste Abweichungen in der chemischen Zusammensetzung können die mechanischen Eigenschaften eines Stahls erheblich beeinflussen und seine Leistungsfähigkeit beeinträchtigen. Mit einer OES kann eine detaillierte Analyse der Elementzusammensetzung durchgeführt werden, um das Produkt zu überwachen und Abweichungen auszuschließen.

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  • 4. April 2023

    Schadensanalyse an einem Küchenmesser

    Exemplarischer Ablauf einer Schadensuntersuchung

    1. Schadensbeschreibung

    Gegenstand der Untersuchung ist ein handelsübliches Küchenmesser aus dem Pausenraum der W.S. Werkstoff Service GmbH. Unter tatkräftiger Mithilfe unseres Vertriebes brach beim Zerteilen eines gemeinen „Malus domestica“ die Klinge ab – glücklicherweise ohne Verletzungen des Mitarbeiters (Abb. 1, Abb. 2).

    Abb. 1: Übersicht des schadensgegenständlichen Messers vor…
    Abb. 1: Übersicht des schadensgegenständlichen Messers vor…
    Abb. 2: … und nach dem Schadensereignis
    Abb. 2: … und nach dem Schadensereignis

    Ziel der Untersuchung ist die Ermittlung der Schadensursache sowie die Nennung von Abhilfemaßnahmen nach VDI Richtlinie 3822.

    2. Zustand

    Das über viele Jahre stumpfgespülte und – geschnittene Messer weist dem Alter angemessene Abnutzungserscheinungen auf (Abb. 3). Größere plastische Deformationen sowie äußere, größere Schädigungen durch Korrosion sind dank des rücksichtsvollen Umgangs der W.S. Mitarbeitenden mit dem geschätzten Schneidgegenstand nicht erkennbar.

    Abb. 3: Detailansicht der Bruchstelle
    Abb. 3: Detailansicht der Bruchstelle

    Bei Betrachtung der Bruchfläche fallen jedoch Korrosionserscheinungen auf der der Schneide zugewandten Hälfte auf (Abb. 4).

    Abb. 4: Korrosionserscheinungen auf Bruchfläche
    Abb. 4: Korrosionserscheinungen auf Bruchfläche

    Instrumentelle Untersuchungen

    Chemische Analysen mittels optischer Emissionsspektrometrie

    Chemische Analysen mittels optischer Emissionsspektrometrie

    Ergebnisse der Vickers-Härteprüfung

    Ergebnisse der Vickers-Härteprüfung
    *) Angegeben ist die erweiterte Messunsicherheit. Der Wert der Messgröße liegt mit einer Wahrscheinlichkeit von 95% im zugeordneten Werteintervall.

    Bemerkung:

    Die Anforderungen an die chemische Zusammensetzung des Werkstoffes 1.4021 (X20Cr13) nach DIN EN 10088-2:2014-12 werden erfüllt. Die Härte entspricht üblichen Werten.

    4. Fraktografie mittels Stereomikroskop

    Vor der eigentlichen fraktografischen Untersuchung wurde die Bruchfläche mithilfe eines nicht-korrosiven Bruchflächenreinigers im Ultraschallbad gereinigt (Abb. 5 und Abb. 6).

    Im gereinigten Zustand lassen sich drei farblich und morphologisch unterschiedliche Bruchzonen erkennen:

    1. Der verriebene bzw. verhämmerte Anteil entstand durch das wiederholte Aufeinanderschlagen der Bruchfläche. Es handelt sich eindeutig um den ältesten Bruchabschnitt.
    2. Der kristallin-korrodierte Bruchanteil muss bereits vor dem Bruchereignis geöffnet gewesen sein, da sonst keine Korrosionsspuren vorhanden wären.
    3. Der kristallin-glänzende Anteil ist der durch den Mitarbeiter frisch erzeugte Restgewaltbruch.
    Abb. 5: Ungereinigte Bruchfläche unter dem Stereomikroskop
    Abb. 5: Ungereinigte Bruchfläche unter dem Stereomikroskop
    Abb. 6: Bruchfläche nach der Reinigung im Ultraschallbad; Pfeile beschreiben den Bruchverlauf
    Abb. 6: Bruchfläche nach der Reinigung im Ultraschallbad; Pfeile beschreiben den Bruchverlauf

    5. Fraktografie im Rasterelektronenmikroskop

    Die Auswertung der Bruchzonen 1 und 2 unter dem Rasterelektronenmikroskop (REM) zeigt ein überwiegend interkristallines Bruchbild mit aufgeweiteten („klaffenden“) Korngrenzen (Abb. 7). Bei höherer Vergrößerung sind lokale Wabenansammlung sichtbar, die auf eine lokale plastische Verformung schließen lassen.

    Der zeitlich verzögerte Ablauf und die Bruchflächenmorphologie sprechen für einen korrosiven Bruchtyp.

    Abb. 7: Interkristallines Bruchbild mit klaffenden Korngrenzen
    Abb. 7: Interkristallines Bruchbild mit klaffenden Korngrenzen
    Abb. 8: Waben markieren lokale plastische Verformung
    Abb. 8: Waben markieren lokale plastische Verformung

    6. Metallografische Schliffuntersuchung im Lichtmikroskop

    Bei der Auswertung des Querschliffs M1 (Position: siehe kleiner Bildausschnitt rechts) fallen mehrere Lochkorrosionsangriffe auf (Abb. 9). In deren unmittelbarer Umgebung fallen massive Korrosionsangriffe der ehemaligen Austenitkorngrenzen auf (Abb. 10). Diese

    Form der selektiven Korrosion wird auch „interkristalline“ Korrosion genannt. Eine Ätzung ergibt, dass es sich um ein angelassenes Härtungsgefüge (martensitisch) handelt.

    Position Querschliff M1
    Position Querschliff M1
    Abb. 9: Schliff M1, Lochkorrosionsangriffe nahe der Bruchfläche
    Abb. 9: Schliff M1, Lochkorrosionsangriffe nahe der Bruchfläche
    Abb. 10: Selektiver Korrosionsangriff entlang der Korngrenzen
    Abb. 10: Selektiver Korrosionsangriff entlang der Korngrenzen

    7. Fazit

    Im vorliegenden Fall des gebrochenen Küchenmessers aus dem Pausenraum der W.S. Werkstoff Service GmbH handelt  es  sich  beim  Schadensmechanismus  um interkristalline  Korrosion. Bei  dieser  Korrosionsform werden  bestimmte  Anteile  des  Gefüges  stärker angegriffen als andere.

    Bei nicht-rostenden Stählen wie dem verwendeten martensitischen Chromstahl X20Cr13 sind  dabei  insbesondere  die  ehemaligen  Austenitkorngrenzen  gefährdet.  Verantwortlich  dafür  ist einerseits  die  geringere  Korrosionsbeständigkeit  der  Korngrenzen  als  Störstelle  im  Vergleich  zum Korninneren. Andererseits besteht bei kohlenstofflegierten Chromstählen stets die Gefahr der Bildung von sogenannten Chromkarbiden, welche an der Korngrenze Chrom aus der umliegenden Matrix binden. Dieser  Chromanteil  steht  dann  wiederum  nicht  für  die  Bildung  der  diesen  Stahltyp  schützenden Chromoxidschicht zur Verfügung.

    Der in der chemischen Analyse ermittelte Chromgehalt von etwa 12,5% liegt dabei nur unwesentlich über dem für die Schichtbildung notwendigen Minimalgehalt von 10,5%. Zwar wurden keine systematischen, auffälligen Chromoxid-Ansammlungen gefunden, jedoch reichen bereits natürliche Seigerungen, die naturbedingte Schwäche der Korngrenzen und wenige Chromoxide aus, um einen interkristallinen Angriff zu initiieren.

    8. Schadensursache / Abhilfemaßnahmen

    Die Schadensursache liegt demnach in der Nicht-Beachtung des wohlgemeinten Grundsatzes, scharfe Küchenmesser  nicht  in  der  Spülmaschine  zu  reinigen.  Die  Bissprüfung  des  am  Schadensereignis beteiligten „Malus domestica“ ergab keine unzulässig hohen Härtewerte dieses gesunden Pausensnacks.

    Beispiel-Bild eines Apfels.
    Bildquelle: publicdomainpictures.net, 01.02.2023, Bildlizenz CC0 1.0 Universal / Public Domain

    Als Schadensabhilfemaßnahmen werden empfohlen: Ein gelber Spülschwamm, lauwarmes Wasser sowie ein weniger beherztes Zugreifen unserer Vertriebsabteilung.


    Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

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    Wenden Sie sich bitte an die Ansprechpartner des ExpertCenters der
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    Schwarze Linien im Licht und was das mit Spektrometrie zu tun hat

    Bild: Schwarze Linien im Licht und was das mit Spektrometrie zu tun hat

    Professor Harald Lesch im Terra-X Video „Schwarze Linien im Licht“

    Respekt: Harald Lesch erklärt (fast) so gut wie unsere Dozenten 😉 und in dem Terra-X Video erläutert er, wie Strahlung, Wellenlänge, Energie + Masse mit den Atomen & Molekülen und das alles zusammen mit dem Licht zu tun hat. Also die Grundlagen der Spektrometrie.
    Zugegeben: Am Anfang eines Spektrometrie Kurses klingt das alles noch ein bisschen theoretisch und verwirrend, aber spätestens wenn man wie der Professor kleine Experimente durchführt, „begreift“ man das Thema ziemlich schnell. Und genauso handhaben wir das auch in unserem Spektrometrie (SPE) Kurs.
    Also, auch wenn es einem am Anfang eines OES- und RFA Spektrometriekurses wegen chemischer Grundlagen, physikalischer Gesetze und Periodensystem der Elemente alles wie „Astro-Quanten-Physik“ vorkommt; keine Sorge: Das ist alles nicht so schlimm. Spätestens wenn man selbst zu den Geräten greift, klärt sich das alles auf.

    P.S.: Zwar ist das Video vorrangig auf die Astronomie ausgelegt, aber wenn man das Wort „Materie“ gegen „Metall“ tauscht, ist man den Inhalten unseres SPE Kurses schon ganz nahe. Zum ZDF Terra-X® „Lesch&Co“ YouTube Video: https://youtu.be/imTFizzJ3P8

    Falls mehr Interesse zum Thema Spektrometrie & Werkstofftechnik an Metallen besteht, die Termine unserer nächsten SPE Kurse finden Sie hier:
    https://www.werkstoff-service.de/trainingcenter/kurse-und-seminare-buchen/kurse-werkstoffpruefung/kursdetails/list/spe/

     

    Bild: Spektrometrie Grundlagen mit Harald Lesch

    Bild: Spektrometrie Grundlagen mit Harald Lesch

    Bild: Spektrometrie Grundlagen mit Harald Lesch

    Bild: Spektrometrie Grundlagen mit Harald Lesch

     

     

     

     

     

     

     

    Bild: Spektrometrie Grundlagen mit Harald Lesch

    Bild: Spektrometrie Grundlagen mit Harald Lesch

    Bild: Spektrometrie Grundlagen mit Harald Lesch

    Bild: Spektrometrie Grundlagen mit Harald Lesch

     

     

     

     

     

     

     

    Bild: Übungen im SPE Kurs

    Bild: Übungen im SPE Kurs

     

     

     

     

     

     

    Bild: SPE Spektrometrie Kurs beim Werkstoff Service in Essen

    Bild: SPE Kurs beim Werkstoff Service in Essen

    Bild: SPE Spektrometrie Kurs beim Werkstoff Service in Essen

    Bild: SPE Kurs beim Werkstoff Service in Essen

     

     

     

     

     

     

     

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  • 27. Februar 2020

    Was unterscheidet beim Werkstoff Service den Kurs SNB vom Seminar SNB?

    Ein Frage, die uns häufiger im Zusammenhang mit der Schweißnahtbewertung gestellt wird, lautet: „Was sind eigentlich genau die Unterschiede zwischen dem Kurs SNB und dem Seminar SNB“?

    Bild und externer Link zum Kurs SNB Schweißnahtbewertung des Werkstoff Service in Essen

    Bild: Kurs SNB – zerstörende und zerstörungsfreie Schweißnahtprüfung

    Die zunächst augenscheinlichsten Unterschiede betreffen die zeitliche Länge und die Adressaten des Themas. Der Kurs SNB dauert fünf Tage und schließt mit einer Prüfung ab. Dagegen ist das Seminar mit zwei Tagen nicht nur deutlich kürzer, und ohne eine Überprüfung des erworbenen Wissens endet. Zudem gibt es im Seminar Schweißnahtbewertung (kurz: SemSNB) keine praktischen Übungen an Schweißnähten. Das Seminar ist also eher eine technisch-akademische Angelegenheit. Daraus ergeben sich auch die unterschiedlichen Zielgruppen für den Kurs und das Seminar. Während der Kurs (kurz: SNB) in die Qualifizierung zur Fachkraft für Materialprüfung (Metalltechnik) eingebettet ist, und somit ein Teil einer praktischen Aus- und Weiterbildung ist, baut das Seminar auf einer gewissen Erfahrung und Vorbildung (entweder aus dem Studium oder einer abgeschlossenen Berufsausbildung in der Werkstofftechnik) auf. Dementsprechend werden im Seminar die Grundlagen des Schweißens eher nur kurz behandelt.

    Bild und externer Link zum Seminar : Prüfung und Bewertung von Schweißnähten – (SemSNB) des Werkstoff service

    Bild: SemSNB – Prüfung und Bewertung von Schweißnähten

    Inhaltliche Unterschiede
    Im Kurs nimmt die Aufnahme und Bewertung von Kennzahlen, sowie welche Methoden sich praktisch für eine Überprüfung der Schweißnaht eignen, einen breiten Raum ein. In Theorie und Praxis wird innerhalb einer Woche gezeigt, welche Schweißverfahren es gibt, welche Effekte und Schädigungen im Material auftreten können, welche Prüfverfahren es gibt – und wo deren Möglichkeiten und Grenzen liegen. Ziel ist es. die Schweißnaht als „gut“, oder „nicht gut“ einzuordnen. Das ist auch ein Teil des Seminars, wobei im SemSNB darüber hinaus noch die möglichen Ursachen eines „Nicht GUT“ plus die Vermeidung von künftigen gleichartigen Fehlern im Sinne von Produktions- und Prozessabläufen – eine wichtige Rolle spielen. Hierzu werden ausführlich die werkstofftechnischen Ursachen, Wechselwirkungen und künftige Vermeidung der Fehlerursachen beleuchtet. Auch die Optimierung von Schweißprozessen und die intensive Beschäftigung und Auslegung der Normen spielen im Seminar eine weitaus größere Rolle als im Kurs.

    Fazit
    Für Schweißer, Produktionsmitarbeiter und „Allrounder“ im Betrieb empfehlen wir den 5-tägigen SNB. Vor allem dann wenn es bisher keine gezielte Schulung zum Thema Schweißen gab.
    Für Konstrukteure, Ingenieure und „gestandene Schweißer“, sowie fortgeschrittene Mitarbeiter (Schweißaufsicht o.Ä.) macht das 2-tägige Seminar sicherlich mehr Sinn.
    Wie bei allen W.S. Spezial Seminaren üblich, können Sie uns auch bei frühzeitiger Anmeldung ggf auf individuelle Themenwünsche eingehen und evtl. ins SemSNB integrieren.

    Der Link mit den kompletten Inhalte des Kurses SNB 

    Der Link mit Details zum Seminar Schweißnahtbewertung (SemSNB)  

    Bei weiteren Fragen zum Thema Schweißnahtprüfung/Schweißnahtbewertung (auch als Dienstleistung unseres MaterialtestCenters), oder falls Sie das Seminar auch gern als In-House-Seminar buchen möchten, helfen Ihnen gern individuell die Ansprechpartner des W.S. TrainingCenters weiter.

    Bild: Schweißnahtbewertung beim Werkstoff Service in Essen

    Bild: Schweißnaht

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