금속고장분석

Metallurgical failure analysis

금속 고장 분석은 금속 구성 요소의 고장을 유발한 메커니즘을 확인하는 프로세스입니다.실패의 원인을 파악하여 향후 유사한 실패를 방지할 수 있는 근본 원인과 잠재적 해결책에 대한 통찰력을 제공할 수 있으며, 법적 [1]사례에서 중요한 책임도 제공합니다.야금학적 고장의 원인을 해결하는 것은 기업의 재정적 관심사가 될 수 있습니다.2012년 NACE International은 미국의 연간 부식 비용(금속 고장의 일반적인 원인)을 2001년 추정치와 비교하여 67% 증가한 연간 4,[1]500억 달러로 추정했습니다.이러한 고장은 근본 원인을 파악하기 위해 분석할 수 있으며, 이를 수정하면 기업의 고장 비용을 절감할 수 있습니다.

장애는 크게 기능 장애와 예상 성능 장애로 나눌 수 있습니다.기능 장애는 구성 요소 또는 프로세스가 실패하고 전체 상위 시스템이 완전히 작동하지 않을 때 발생합니다.이 범주에는 구성 요소가 빠르게 분해된다는 일반적인 개념이 포함됩니다.예상 성능 오류는 구성 요소가 시스템의 수명, 작동 한계 또는 모양 및 색상과 같은 특정 성능 기준 미만의 성능을 발생시키는 경우입니다.트랙터에 허용되는 최대 하중과 같은 일부 성능 기준은 공급업체에 의해 문서화되는 반면, 가스 소비량(자동차의 [1]경우 갤런당 마일)과 같은 다른 기준은 고객에 의해 암시되거나 예상됩니다.

종종 환경 조건과 스트레스의 조합으로 인해 고장이 발생할 수 있습니다.금속 부품은 환경과 그에 따른 응력을 견딜 수 있도록 설계되었습니다.금속 부품의 설계는 특정한 원소 조성뿐만 아니라 열처리, 가공 공정 등의 특정한 제조 공정도 포함합니다.서로 다른 금속들의 거대한 배열은 모두 독특한 물리적 특성을 가지고 있습니다.특정 특성은 다양한 환경 조건에서 보다 견고하게 만들 수 있도록 금속 구성 요소로 설계되었습니다.이러한 물리적 특성의 차이는 고유한 고장 모드를 나타냅니다.야금학적 고장 분석은 분석하는 동안 가능한 한 많은 정보를 고려합니다.고장 분석의 궁극적인 목표는 근본 원인을 파악하고 근본적인 문제에 대한 해결책을 제공하여 향후 [2]고장을 방지하는 것입니다.

고장 조사

고장 분석의 첫 번째 단계는 정보 수집 실패를 조사하는 것입니다.고장 조사에서 정보를 수집하는 단계는 다음과 같습니다.[1][3]

  1. 시험체의 고장 및 선정과 관련된 상황에 대한 수집 정보
  2. 고장부위 예비검사(시력검사) 및 고장부위 비교
  3. 시료의 거시적 검사 및 분석, 사진 문서화(파열 표면, 2차 균열, 기타 표면 현상)
  4. 시료(파절면)의 현미경 검사 및 분석
  5. 금속 단면의 선택 및 준비
  6. 준비된 금속 시료의 현미경 검사 및 분석
  7. 비파괴검사
  8. 파괴/기계적 테스트
  9. 고장 메커니즘의 확인
  10. 화학 분석(벌크, 국소, 표면 부식 생성물, 퇴적물 또는 코팅)
  11. 가능한 모든 근본 원인 식별
  12. 시뮬레이션된 서비스 조건에서 가장 가능성이 높은 근본 원인 테스트
  13. 모든 근거의 분석, 결론의 공식화, 권고사항을 포함한 보고서 작성

사용된 기술

금속 파괴 분석의 [1][3]조사 과정에는 다양한 기법이 사용됩니다.

비파괴 검사: 비파괴 검사는 샘플을 완전히 사용하지 않고 금속의 특정 물리적 특성을 검사할 수 있는 검사 방법입니다.NDT는 일반적으로 구성 요소가 치명적으로 고장나기 전에 구성 요소의 고장을 감지하는 데 사용됩니다.

파괴 테스트:파괴 검사에는 서비스에서 금속 성분을 제거하고 분석을 위해 구성 요소를 분할하는 작업이 포함됩니다.파괴 검사는 고장 분석가가 실험실 환경에서 분석을 수행하고 성분을 파괴할 재료에 대한 검사를 수행할 수 있는 능력을 제공합니다.

금속 고장 모드

야금학적 고장 모드의 표준화된 목록은 없으며 다른 야금학자들은 동일한 고장 모드에 대해 다른 이름을 사용할 수 있습니다.아래 나열된 고장 모드 용어는 ASTM,[4] ASM [5]및/또는[6] NACE가 별개의 금속 고장 메커니즘으로 인정하는 용어입니다.

부식 및 응력에 의해 발생함

스트레스로 인한

부식으로 인해 발생함

  • 부식
  • 피팅 부식 산소 피팅
  • 수소 취성
  • 수소 유발 균열(ASM 용어)
  • 부식 취약성(ASM 용어)
  • 수소 분해 (NACE 용어)
  • 수소 보조 균열(ASM 용어)
  • 수소 기포
  • 부식

잠재적 근본 원인

야금학적 고장의 잠재적 근본 원인은 설계에서 제조, 사용에 이르기까지 구성 요소의 수명 주기에 걸쳐 광범위합니다.실패의 가장 일반적인 이유는 다음과 같은 [1]범주로 분류할 수 있습니다.

서비스 또는 작동 조건

서비스 또는 작동 조건으로 인한 고장에는 충격력 또는 높은 하중과 같은 의도된 조건을 벗어난 구성 요소의 사용이 포함됩니다.또한 마모 및 마모를 유발하는 예기치 않은 접촉점 또는 부식을 유발하는 예기치 않은 습도 수준 또는 화학 물질의 존재와 같은 사용 조건으로 인한 고장도 포함될 수 있습니다.이러한 요인은 성분이 예상보다 이른 시간에 고장나는 결과를 초래합니다.

부적절한 유지관리

부적절한 유지보수를 수행하면 잠재적인 골절 원인이 치료되지 않고 향후 구성 요소의 조기 고장으로 이어질 수 있습니다.부적절한 유지보수의 원인은 비용을 피하기 위해 연간 유지보수를 생략하는 등의 의도적인 것이거나 잘못된 엔진 오일을 사용하는 등의 의도적이지 않은 것일 수 있습니다.

부적절한 시험 또는 검사

테스트 및/또는 검사는 일반적으로 부품 제조 라인에 포함되어 제품이 현장에서 원하는 성능을 보장하기 위해 일부 표준을 충족하는지 확인합니다.부적절한 테스트 또는 검사를 수행하면 이러한 품질 검사를 피할 수 있으며, 일반적으로 현장에서 사용할 수 없게 되는 결함이 있는 부품이 고객에게 판매되어 잠재적으로 고장으로 이어질 수 있습니다.

제조 또는 제조 오류

재료 또는 구성품의 가공 과정에서 제조 또는 제작 오류가 발생합니다.금속 부품의 경우 냉간 차단, 고온의 찢김 또는 슬래그 포함과 같은 주조 결함이 일반적입니다.표면 처리 문제, 예를 들어 모래 몰드를 박는 것과 같은 가공 매개변수 또는 경화 중 잘못된 온도일 수도 있습니다.

설계 오류

설계 오류는 원하는 사용 사례가 제대로 설명되지 않아 서비스 시 응력 상태 또는 서비스 환경의 잠재적 부식제와 같은 비효과적인 설계로 이어질 때 발생합니다.설계 오류에는 종종 치수 및 재료 선택이 포함되지만 전체 설계일 수도 있습니다.

고장 분석을 위한 계산 방법의 사용

근본 원인을 증명하기 위해 구성 요소를 희생할 필요가 없기 때문에 가능한 루트를 테스트하는 방법으로 계산 방법이 인기를 끌고 있습니다.계산 방법이 사용되는 일반적인 경우는 [8][9]침식으로 인한 고장, 복잡한 응력 [10][11]상태에서 구성 요소의 고장 및 예측 [12][13][14][15]분석에 사용됩니다.전산 유체 [8][9]역학은 부식성 마모로 인해 고장난 구성 요소의 흐름 패턴과 전단 응력을 결정하는 데 사용됩니다.유한 요소 분석은 복잡한 응력 [10][11]상태에서 성분을 모형화하는 데 사용됩니다.유한 요소 분석 및 위상 필드 모델을 사용하여 균열 전파 및 [12][13][14][15]고장을 예측할 수 있으며, 이는 부품 설계에 영향을 주어 고장을 방지하는 데 사용됩니다.

참고 항목

레퍼런스

  1. ^ a b c d e f Dennies, Daniel P. (2021-01-15). "How to Organize and Run a Failure Investigation". Failure Analysis and Prevention (PDF). pp. 36–51. doi:10.31399/asm.hb.v11.a0006755. ISBN 978-1-62708-295-2. S2CID 241618812.
  2. ^ http://www.g2mtlabs.com/failure-analysis/what-is-failure-analysis/ G2MT Labs - "실패 분석이란?"
  3. ^ a b Wulpi, Donald J. (2013-11-30). Miller, Brett (ed.). Understanding How Components Fail. doi:10.31399/asm.tb.uhcf3.9781627082709. ISBN 978-1-62708-270-9.
  4. ^ "부식 및 부식 시험과 관련된 표준 용어"(G15), ASTM, 필라델피아, PA.
  5. ^ ASM-인터내셔널 메탈 핸드북, 9판, 부식, ASM-인터내셔널, 메탈 파크, OH
  6. ^ NACE-국제 NACE 기본 부식 코스, NACE-인터내셔널, 휴스턴, 텍사스
  7. ^ M&M 엔지니어링 도관 Fall 2007 "스테인레스강 합금의 염화물 부착 및 응력 부식 균열" : CS1 유지보수: 제목(링크)으로 보관된 복사본
  8. ^ a b Majid, Z. A.; Mohsin, R.; Yusof, M. Z. (2012-01-01). "Experimental and computational failure analysis of natural gas pipe". Engineering Failure Analysis. 19: 32–42. doi:10.1016/j.engfailanal.2011.09.004. ISSN 1350-6307.
  9. ^ a b Yi, Junzhen; Hu, Hongxiang; Zheng, Yugui; Zhang, Yaming (2016-12-01). "Experimental and computational failure analysis of a high pressure regulating valve in a chemical plant". Engineering Failure Analysis. 70: 188–199. doi:10.1016/j.engfailanal.2016.07.015. ISSN 1350-6307.
  10. ^ a b Zhang, Qing; Zuo, Zhengxing; Liu, Jinxiang (2013-12-01). "Failure analysis of a diesel engine cylinder head based on finite element method". Engineering Failure Analysis. 34: 51–58. doi:10.1016/j.engfailanal.2013.07.023. ISSN 1350-6307.
  11. ^ a b Moradi, S.; Ranjbar, K. (2009-04-01). "Experimental and computational failure analysis of drillstrings". Engineering Failure Analysis. 16 (3): 923–933. doi:10.1016/j.engfailanal.2008.08.019. ISSN 1350-6307.
  12. ^ a b Borst, René de; Gutiérrez, Miguel A.; Wells, Garth N.; Remmers, Joris J. C.; Askes, Harm (2004-05-07). "Cohesive-zone models, higher-order continuum theories and reliability methods for computational failure analysis: COMPUTATIONAL FAILURE ANALYSIS". International Journal for Numerical Methods in Engineering. 60 (1): 289–315. doi:10.1002/nme.963. S2CID 122765562.
  13. ^ a b Lu, Mengkai; Zheng, Yonggang; Du, Jianke; Zhang, Liang; Zhang, Hongwu (2022-03-01). "An adaptive multiscale finite element method for strain localization analysis with the Cosserat continuum theory". European Journal of Mechanics - A/Solids. 92: 104450. Bibcode:2022EJMS...92j4450L. doi:10.1016/j.euromechsol.2021.104450. ISSN 0997-7538. S2CID 240317543.
  14. ^ a b Tanné, E.; Li, T.; Bourdin, B.; Marigo, J. -J.; Maurini, C. (2018-01-01). "Crack nucleation in variational phase-field models of brittle fracture". Journal of the Mechanics and Physics of Solids. 110: 80–99. Bibcode:2018JMPSo.110...80T. doi:10.1016/j.jmps.2017.09.006. ISSN 0022-5096. S2CID 20139734.
  15. ^ a b Ortiz, Michael; Leroy, Yves; Needleman, Alan (1987-03-01). "A finite element method for localized failure analysis". Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. 61 (2): 189–214. Bibcode:1987CMAME..61..189O. doi:10.1016/0045-7825(87)90004-1. ISSN 0045-7825.