Proiect de expertiza tehnica(1h curs + 1h proiect)(evaluare distribuita)

s.l.dr.ing. Dragos UTU

Bibliografie

1. ASM Handbook, Failure Analysis and Prevention, Volume 11, ASM International , 2002

2. ASM Handbook, Metallography and Microstructures, Volume 9, ASM International, 2004.

3. Metals Handbook Metalography, Structures and Phase Diagrams, Metals Park Ohio 8th edition

4. Dragos Cioclov, Mecanica ruperii materialelor, Ed. Ac. Bucuresti.

Definitia si necesitatea unei expertizeExpertiza = cercetare facuta de un expert la cererea unui organ judiciar sau de urmarirepenala. Se materializeaza printr-un raport care cuprinde cercetarile expertului.

Expert = persoana care poseda cunostiinte deosebite intr-un anumit domeniu, specialistde inalta calificare. Persoana insarcinata a face o expertiza.

Scopul unei expertize este de a rezolva anumite probleme intr-un domeniu specific.

In cadrul unei expertize: - se definesc problemele- se propune o ipoteza

- se colecteaza datele- se testeaza ipoteza

- se trag concluziile

Exista mai multe tipuri de expertize: tehnica, medicala, sociologica, etc.

Expertiza tehnica se aplica in domeniul materialelor. Ce este un material ? Parteaesentiala constituirii unui produs. Ca materiale ingineresti se folosesc la ora actuala:materiale metalice, materiale ceramice, materiale polimerice si materiale compozite .Ponderea cea mai mare o au materialele metalice.

Fig. 1 Model de rezolvare a problemei

Etapele majore pentru definirea proceselor in modelul de rezolvare a problemei:

1. Identificarea descrierea situatiei curente definirea problemelor in ceea ce priveste simptomele (sau indicatorii) determinarea impactului problemelor asupra componentei, produsului, sistemului

sau clientului stabilirea unui obiectiv colectarea de date pentru evaluarea/masurarea problemei.

Identificare

Determinare cauza

Dezvoltare de masuri

corective

Validare si verificare actiuni

corective

Standardizare

2. Determinarea cauzei analiza problemei in vederea identificarii cauzei

3. Dezvoltarea de masurari corective listarea soluiilor posibile pentru a atenua i preveni repetarea problemei generarea de alternative elaborarea unui plan de implementare

4. Validarea i verificarea aciunilor corective testarea actiunilor corective intr-un studiu pilot eficacitatea masurii de schimbare validarea imbunatatirilor se verifica dac problema este corectat i mbuntete satisfacia clienilor

5. Standardizare includerea masurilor corective n sistemul de documentare standard a companiei ,

organizatiei sau industriei pentru a preveni repetarea n produse sau sistemesimilare

monitorizarea schimbarilor pentru a asigura eficacitate.

Obs. Al doilea pas n modelul de rezolvare a problemelor, determinarea cauzei, este unproces foarte important. Soluii pentru a preveni repetarea problemelor nu pot fidezvoltate fr identificarea cauzei.

Analiza sistematic a avariilor echipamentelor dezvluie cauzele fizice care sencadreaz n una din cele patru categorii fundamentale:

A. deficientele de proiectareB. defectele de materialC. defectele de fabricare/instalareD. anomalii in timpul exploatarii

O reprezentare grafic efectiva a impactului defectelor asupra duratei de de exploatarea unei componente sau sistem este prezentata n diagrama ciclului de viata (Fig. 2).

Diagrama este construita prin trasarea duratei de utilizare a componentelor care au caracteristici specifice n proiectare, n raport cu gradul de severitate al condiiilor de exploatare care se anticipeaz pentru o aplicatie.

Aceste caracteristicile includ rezistena mecanica, rezistena la coroziune, condiiile detratament termic, dimensiunea defectelor, finisajul suprafetei, raza de ndoire, porozitate (de exemplu, la turnare), gradul de sensibilizare,etc.

Fig. 2 Diagramaciclul de viata

A. Deficientele de proiectare pot include: geometrii necorespunzatoare (ex. la pregatirea rostului pt. sudare) concentratori de tensiuni cauzate de crestaturile excesiv ascuite (ex. In pana de pe

arbori) sau raze insuficiente tensiuni reziduale neprevazute asociate cu tratamentul termic la configuraii

proiectate cu geometrii complexe, sau tensiuni aparute in procesul de asamblare depiese cu configuraii care conin interferene nedorite.

tratamente de suprafata necorespunzatoare selectia unui material care este incapabil s asigure proprietatile adecvate pentru

aplicatia dorita (incluzand rezistenta mecanica, rezistenta la oboseala, rezistenta lacoroziune, rezistenta la temperaturi ridicate, etc)

anizotropia materialelor

Cresterea duratei de viata Ciclu de viata

Distrugere prematura

Conditii de exploatare anticipate

Prototip

Model 1

Model 2

Model 3

Cre

stea

seve

rita

tii c

ondi

tiilo

r de

exp

loat

are

B. Defecte de material sunt imperfectiuni inacceptabile sau discontinuitati in materialecare influenteaza/afecteaza performanta produselor sau sistemelor.

Unele dintre tipurile clasice de discontinuitati in materiale care au fost identificate cafactori cauzatori de defectiuni includ:

Semifabricate Tipuri de discontinuitati

Forjate Incretiri, crapaturi/rupturi, fulgi/exfolieri, segregatii, retasuri, incluziuni

Turnate Porozitati, micro contractii,retasuri, segregatii, tendintade a dizolva gaze, incluziuni

Placi si table Fisurari la margini, laminari, fulgi/exfolieri

Extrudate si produse trase Fisurari la margini, ecruisari, denivelari, crapaturi centrale

C. Defectele de fabricare/instalareFabricarea se refer la procesul de creare a unui produs conform documentatie tehnicesi folosind materii prime in general intr-o fabric.Cateva exemple de astfel de anomaliiaparute in cadrul fabricarii/instalarii unui produs sunt enumerate in continuare

Procese de indepartare a metalelor fisuri cauzate prelucrarii abuzive vibratii in timpul aschierii modificari microstructurale din cauza sculelor neascutite supraincalziri in timpul slefuirii atac intergranular electrochimic in timpul prelucrarii fisurari din cauza tensiunilor interne cauzate de supraincalziri

Procedee de prelucrare a metalelor fisurari, rupturi sau gaturi ca urmare a deformarii plastice incretiri din cauza laminarii/roluirii urme lasate de scule si zgarieturi in timpul prelucrarii rupturi de suprafata fisuri provocate de tensiuni reziduale din timpul forjarii modificari microstructurale din cauza forfecarii, stantarii, perforarii crapaturi si fisuri in timpul prelucrarii cu alice metalice coroziune fisuranta datorata folosirii necorespunzatoare a lubricantilor la matritare

Tratamente termice cresterea grauntilor transformari de faze incomplete fisurari la racire decarburare martensita nerevenita fragilizare la revenire precipitari inadecvate neomogenitati in structura pierderea proprietatilor din cauza supraincalzirii

Sudare lipsa de fuziune fragilizarea zonei influnetate termic (ZIT) tensiuni interne in ZIT incluziuni de zgura cratere in zona de fuziune la final fisurare la cald fragilizare prin hidrogen ca urmare a umezelii

Curatare/Finisare coroziune din cauza curatarii inadecvate inainte de vopsire atac intergranular sau fragilizare prin hidrogen din cauza curatarii cu acid fragilizare prin hidrogen in timpul acoperirii galvanice

Asamblare in fabrica/Instalare la fata locului nealiniere piese lipsa/gresite imbinare necorespunzatoare sistem de prindere necorespunzator scule/unelte necorespunzatoare preparare suprafete necorespunzatoare

D. Anomalii in timpul exploatariiDurata de via a unui sistem de componente sau este puternic dependent decondiiile n care produsul opereaz n serviciu.Durata de via a unui produs include funcionare, ntreinere, inspecie, reparaie imodificare.Defeciunile cauzate de anomalii care pot aparea in timpul exploatarii sunt legate deprocesul de proiectare, achizitia de materiale, i fabricarea de produse

In general degradarea unui material este cauzata de cele trei fenomene principale :coroziune, oboseala, si uzura. La toate acestea adaugandu-se prezenta defectelor.Cele mai frecvente defecte de material sunt de tipul fisurilor, exfolierilor, pori, etc

In urma degradarii unui material poate apare AVARIA.Avaria presupune iesirea din functiune a unei masini, a unui utilaj, a unei instalatii caurmare a aparitiei unor defectiuni in conditiile unor solicitari complexe si mai ales autilizarii peste durata de viata cand defectele apar cu o probabilitate mai ridicata.

Obs. In afara de degradarile de material la aparitia unei avarii mai pot contribui si erorilede proiectare si de exploatare.Ca efecte ale unei avarii pot sa apara accidentele silitigiile.Expertizarea (analizarea) avariilor permite pe de o parte prevenirea unor noi avarii prinestimarea duratei de viata a instalatiilor sau poate avea un rol de constatare in scopulcunoasterii si corectarii defectelor de material.

Expertizarea unei avarii are ca avantaje: posibilitate de prevenire a unor avarii ulterioare; permite estimarea si validarea deciziilor luate in procesul de proiectare si permite

estimarea selectiei materialelor utilizate; permite evaluarea corectitudinii proceselor tehnologice da posibilitatea de stabilire a unor responsabilitati.

Atentie Analiza de material este o proba in instanta iar opinia specialistului poate fiimportantaCauzele principale ale avariilor ar fi: avarii datorate unor defecte observate de la exterior avarii datorate unor defecte din interior avarii datorate unor solicitari peste limita de rezistenta a materialului.

La expertizarea tehnica a unui material respectiv analiza unei avarii se pornesteintotdeauna de la stabilirea compozitiei chimice a materialului si de la analizamicrostructurii.

Notiuni de metalografie

Metalografia se refera la studiul acelor aspecte structurale care pot fi examinate prinmicroscopie. Definitia poate fi extinsa atunci alte tehnici de investigare pot contribui lafurnizarea de informatii pertinente despre structura materialelor. Ex. Analiza cu raze Xpoate furniza informatii asupra fazelor care sunt observate la microscop dar a carornatura nu poate fi determinata decat prin microscopie.

In functie de scara de examinare a structurii intalnim urmatoarele aspecte:

structura macroscopica (macrostructur), adic examinarea cu ochiul liber sau laputeri de mrire ce nu depesc 30-40 ori, a neomogenitilor existente n material, adefectelor care distrug compactitatea acestuia, a modului de rupere, etc

structura microscopica (microstructura) adic evidenierea prin microscopie opticsau electronic a naturii, formei, mrimii i distribuiei fazelor aprute n interiorul saupe limitele grunilor cristalini ai unui material.

structura fin care definete modul de aranjare a atomilor n spaiu: structuracristalina sau amorfa

structura individuala a atomilor se refera la atom, nucleu, etc.

Fig. 3 Tipurile de structuri i ordine de mrime

Instrumentul cel mai familiar al metalografiei este microscopul optic metalografic, cu putere de mrire de la ~ 50-1000 x i capacitatea de a rezolva caracteristicimicrostructurale cu rezolutii de ~ 0,2 microni sau mai mari.Alt instrument major de examinare folosit in metalografie este microscopulelectronic, care poate fi prin baleiaj MEB sau prin transmisie MET.

Obiectivul acestor instrumente este de a descoperi cu precizie structura materialului la suprafa a unei probe i / sau dintr-o prob seciune transversal.

Principalele aspecte care pot fi vazute prin analiza metalografica sunt: impefectiuni cristaline care pot fi defecte punctiforme de tipul vacantelor,

insertiilor, impuritatilor; defecte liniare de tipul dislocatiilor; defecte de modelare; defecte zonale care pot fi defecte de impachetare si subliniate de graunti precipitari de faze linii de alunecare

Componenta granulara ce se poate observa la microscopul optic metalografic =structura materialului.Grauntii au in general o structura celulara si sunt delimitati de limitele de graunti.

Grauntii sunt cristale mici care formeaza un agregat cristalin. Examinarea grauntilor se face in mod normal in doua dimensiuni. Ca si caracteristici grauntele se caracterizeaza prin marime, forma si anitotropia formei (orientare).

Principalele forme de graunti care sunt observati prin analiza metalografica sunt: graunti de tip columnar caracteristici pentru procesele de solidificare

(turnare, cusatura imbinarii sudate, etc), au o forma alungita cauzata de cresterea unidirectionala

graunti echiaxiali apar in urma proceselor de solidificare cu viteza de racire mica

graunti deformati aparuti la deformarea plastica la rece formatiuni de graunti de tip duplex cand apar zone cu graunti mai mari si mai

mici

Maclele apar in interiorul grauntilor datorita proceselor de crestere sau in timpul deformarii.

Structurile multifazice se intalnesc atunci cand 2 sau mai multe faze apar in aceeasi examinare microstructurala si este cazul cel mai raspandit.

Textura apare atunci cand in interiorul grauntelui apare o orientare preferentiala a retelei cristaline.

In functie de procesul prin care s-a obtinut structura se pot pune in evidentamicrostructuri tipice de solidificare, de deformare si recoacere si respectivde tratament termic (rezultat in urma unor transformari de faza in staresolida).

De exemplu, seciunea transversala taiata dintr-o component sau prob poat fi examinata macroscopic prin microscopie optica n scopul de a descoperi diferite caracteristici macrostructurale importante cum ar fi:

directia de curgere a materialului la piesele forjate structurile de solidificare n produse turnate caracteristici ale unei imbinari sudate, inclusiv adncimea de penetrare,

dimensiunea zonei de difuzie, numrul de treceri, dimensiunea zonei afectate termic, precum i tipul i densitatea imperfeciunilor dinsudur

marimea i distribuia incluziunilor de dimensiuni mari imperfeciuni de fabricaie, cum ar fi suprapuneri, cute in cazul

produselor deformabile porozitate si retasura in cazul produselor turnate adancimea si uniformitatea un strat durificat intr-un produs calit

Examinarea macroscopic a suprafe e unei componente este, de asemenea, esentialain evaluarea strii unui material sau pentru a afla cauza eecului. Aceasta poate include: caracterizare macrostructala a suprafetelor de rupere pentru a identifica locul

amorsarii fisurii si schimbarile aparute in procesul de propagare al fisurii evaluari ale rugozitatii, texturii dupa slefuire, si unghiurilor de honuit evaluarea integritatii straturilor acoperire si a uniformitatii acestora determinarea locului de uzura si a raspandirii acestuia estimarea deformarii plastice asociate cu diverse procedee mecanice determinarea gradului si formei de atacului coroziv incluzand pitting, crapaturi,

coroziune uniforma i coroziune eroziune evaluarea tendintei pentru oxidare asocierea avariilor cu suduri, aliaje de lipit, i alte operaiuni de prelucrare

Zone caracteristiceunei imbinari

sudate

MB ZIT CS

Zone caracteristice unei piese turnate

Zona

centrala Zona

columnara Zona

columnara Zona de racire

Zona de racire

Peretele cochilei

Peretele cochilei

Componenta rupta in bucati

Zone/urme radiale tipice pentrupropagarea fisurii (mai rapid la suprafata )

Zone/urme in zig zag tipice pentru propagareafisurii (mai rapid sub suprafata )

Directia de curgere a materialului in urma forjarii unui carlig

Structura cu graunti poliedrici si macle

Structura de turnare dendritica

Porozitate Structura macrogranulara Incluziuni de oxizi

Precipitari la limita de graunte

Rupereintergranulara

Ruperetransgranulara

Rupere ductila in cazulunei fonte cenusii

ConcluzieCunoasterea acestor structuri poate furniza informatii importante legate de traseul

tehnologic al materialului utilizat.

Slide Number 1Slide Number 2Slide Number 3Slide Number 4Slide Number 5Slide Number 6Slide Number 7Slide Number 8Slide Number 9Slide Number 10Slide Number 11Slide Number 12Slide Number 13Slide Number 14Slide Number 15Slide Number 16Slide Number 17Slide Number 18Slide Number 19Slide Number 20Slide Number 21Slide Number 22