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Failure Analysis

Materialverschlechterung: Rissbildung, Korrosion, Spannungsrisskorrosion, Abnutzung und mehr

The team of microstructural characterisation possesses a profound knowledge and professional experience in the field of material development and optimization, failure analysis and quality control. We are working in close contact with ESA, the aerospace industry and corresponding research institutes on a huge variety of metals and alloys like, in particular, steels, Al- and Ti-alloys, composites, coatings and electronic materials. A significant part of our work has been devoted to failure analysis which requires mechanical-, corrosion- or tribological phenomena to be understood and correlated with production processes and application environments. Our motivated team works constantly on widening the preparation and analysis methods in order to be able to resolve even the most challenging failures and damage cases.

Failure analysis is used to determine the causes of component failures. Various analytical techniques are employed to investigate the damage and to identify the primary cause, which often leads to further damages that are merely consequential. Only by identifying this so-called root cause remedial measures can be derived. Thus, our approach at AAC is not only to image the failure but also to provide inputs for a possible optimisation of materials and components.

As an independent laboratory, we provide comprehensive failure analysis to our customers as a service. Failure analysis may include the following:

  • Analysis of broken parts and components
  • Assessment of cracks
  • Quantitative measurement of wear rates
  • Assessment of corrosion
  • Interpretation of deposits on functional surfaces
  • Detection of inclusions and defects that may influence mechanical properties…

Why failure analysis?

The purpose of a failure analysis is the systematic in-depth identification of the causes of component failures. The goal is to understand the root-cause damage to take appropriate measures for remediation and future prevention. Component failures typically lead to economic losses (production downtime, consequential damages, recalls, etc.) and possibly endangers human health. Clarifying technical damages and their causes is a crucial prerequisite for damage prevention. Thus, damage analysis is an indispensable part of learning from failures.

When considering failure analysis, the following points must be taken into account:

  • Root Cause Identification: Failure analysis helps identify the underlying causes of damage. This enables targeted treatment of the primary cause of the problem.
  • Prevention of Consequential Failures: Early detection and correction of damages often prevents further damages.
  • Derivation of Remedial Measures: Based on the findings of a failure analysis, measures can be derived to prevent future damages.
  • Improvement of processes, materials, and components: By analysing damages, weaknesses in processes or components can be identified and the compatibility of materials is assessed. This allows corrective measures and the that will  improve efficiency and reliability of processes and components.

 

What can AAC offer?

  • Comprehensive failure analysis: Our systematic failure analyses do not stop at examining superficial damages. We perform in-depth investigations to determine the underlying causes.
  • Expert expertise: Our experienced team of experts employs various analytical methods to investigate a wide range of different failure cases.
  • Informative report: Our customers receive a comprehensive report with interpretations and conclusions from which action plans can be derived.
  • Customer-oriented approach: Each assignment is individual, and therefore our analyses are tailored to the specific customer requirements.

Methods of Failure Analysis offered by AAC

  • Lichtmikroskopie

Mit Hilfe verschiedener moderner Lichtmikroskope (Stereo- und Auflichtmikroskopie) lassen sich Oberflächenstrukturen im Detail darstellen. Dazu gehören unter anderem die Analyse von Bruchflächen, metallographische Untersuchungen, Messung von Schichtdicken in Querschnitten und vieles mehr.

  • Surface Analysis:

Surfaces are investigated using optical methods to determine the roughness, waviness and flatness of a surface. On the one hand, certain structures (e.g. peaks, valleys, grooves, pores, particle adhesions, etc.) can be measured and, on the other hand, the surface can be quantitatively characterized (determination of Ra, Rz and other statistical surface characteristics). The quantitative parameters are determined from 2D profile measurements and 3D surface measurements.

As an alternative to using purely optical methods, it is also possible to generate a digital surface model from SEM images using complex software programs and to derive the above-mentioned surface parameters from this model. This enables the assessment of waviness and roughness as well as the measurement of structures even on surfaces that are not accessible to optical inspection (e.g. measurement of microscopic features on a surface).

  • Elektronenmikroskopie:

Mit der Rasterelektronenmikroskopie (REM) werden hochauflösende bildgebende Untersuchungen von Materialproben und Bauteilen durchgeführt. Der Einsatz verschiedener Detektoren liefert unterschiedliche Informationen über die Struktur der untersuchten Oberfläche: Die Topographie lässt sich am besten mit Sekundärelektronen (SE-Detektor) abbilden, während für Materialkontrastbilder rückgestreute Elektronen (BSE-Detektor) verwendet werden. Ein In-Linse-Detektor ermöglicht hochauflösende Bilder mit Auflösungen bis in den nm-Bereich.

Darüber hinaus kann die Probenoberfläche mit einem fokussierten Ionenstrahl (FIB) in-situ im sub-µm-Bereich bearbeitet werden, um den Bereich unmittelbar unter der Oberfläche zu untersuchen. Dies wird z. B. zur Analyse von Schichtstrukturen oder bei der Fehleranalyse eingesetzt. Durch die Abbildung der Probe mit einem Ionenstrahl kann auch die Kornstruktur kontrastreich dargestellt werden.

Die REMs sind auch mit modernen EDX-Systemen ausgestattet, die eine chemische Analyse der untersuchten Oberfläche (oder im FIB-Bereich) ermöglichen. Komplexere Fragestellungen können mit Zeilenscans untersucht werden, die den Konzentrationsverlauf für ausgewählte Elemente zeigen.

Um die kristalline Struktur eines Materials im Detail zu untersuchen, steht die Elektronenrückstreubeugung (EBSD) zur Verfügung. Mit dieser modernen Methode können Mikrostrukturen mit hoher lateraler Auflösung untersucht werden, um folgende Merkmale zu bestimmen: Identifizierung einzelner Phasen, Untersuchung von Korngrenzen, Unterschiede in der Ausrichtung benachbarter Körner, Identifizierung von Ausscheidungen usw.

  • Metallography:
    Metallographic investigations serve to describe the structure of materials qualitatively and quantitatively using microscopic methods. For metallographic analyses, cross-sections are prepared using advanced preparation procedures (such as mechanical, electrochemical, chemical). The microstructures are then examined on these cross sections using light microscopy or scanning electron microscopy and characteristics such as phase proportions, grain sizes, grain size distribution, particle sizes and precipitates are determined. This allows us to provide in-depth analysis of materials and enables high-quality failure and fracture analysis.
  • (Mikro-)Härtemessungen:

Die Härte von Metallen, Nichtmetallen und Beschichtungen wird durch Eindringversuche bestimmt: Die Härte ist definiert als der Widerstand gegen das Eindringen eines Prüfkörpers; als Messgröße dient die Größe des bleibenden Abdrucks des Prüfkörpers (Vickers-, Knoop- oder Brinell-Verfahren).

Zur Bestimmung der Einhärtetiefe, der Oberflächenhärtetiefe und der Nitrierhärtetiefe von oberflächengehärteten Stählen wird eine Reihe von Härteeindrücken auf dem polierten Querschnitt vom Probenrand zur Probenmitte hin angebracht. Die entsprechenden Härtetiefen werden aus der so ermittelten Härtetiefenkurve abgeleitet.

Modern state-of-the-art equipment available at AAC enables the (fully automated) investigation of hardness with loads in the range of 0,25 g – 62,5 kg. Furthermore, harness mappings (e.g., line-scans, matrix-scans) can be performed to assess the lateral distribution of mechanical properties.

So gehen wir an Ihr Projekt heran

Unser Team wird Ihre Situation analysieren und ein geeignetes Verfahren empfehlen