Kriechversuch
Was ist ein Kriechversuch?
Ein Kriechversuch, der manchmal auch als Spannungsrelaxationsversuch bezeichnet wird, dient dazu, das Ausmaß der Verformung zu bestimmen, das ein Werkstoff im Zeitverlauf unter einer kontinuierlichen Zug- oder Druckbelastung bei konstanter Temperatur erfährt. Der Begriff „Kriechen“ wird als Verformung definiert, die über einen Zeitraum auftritt, wenn ein Werkstoff bei konstanter Temperatur einer konstanten Spannung ausgesetzt ist.
Kriechversuche sind grundlegend für Werkstoffe, die bestimmte Betriebstemperaturen unter Last aushalten müssen. Durch die Analyse der Ergebnisse von Kriechversuchen können Ingenieure die Verformung eines Werkstoffs vorhersagen und Produkte so auslegen, dass sie unter wechselnden Umgebungsbedingungen nicht versagen.
Bei Werkstoffen wie Metallen und Legierungen können sich die Eigenschaften bei erhöhten oder reduzierten Temperaturen erheblich verändern. Kriechen in Metallen tritt typischerweise nur bei hohen Temperaturen auf, während Kriechen bei Raumtemperatur – bekannt als Kaltfluss oder Verformung unter Last – bei Kunststoffen häufiger vorkommt.
Kriechversuche werden häufig an den folgenden Bauteilen und Werkstoffen durchgeführt:
- Metallbearbeitung
- Federn
- Gelötete Verbindungen
- Hochtemperaturwerkstoffe
Kriechkurve erklärt
Die in einem Kriechversuch gewonnenen Daten werden üblicherweise als Diagramm Kriechen vs. Zeit dargestellt, wobei Spannung und Temperatur konstant sind. Die Steigung der Kurve ist die Kriechrate, und der Endpunkt der Kurve ist die Zeit bis zum Bruch.
Wie im folgenden Diagramm dargestellt, lässt sich das Kriechen eines Werkstoffs in drei Phasen unterteilen.
- Primäres Kriechen beginnt mit einer hohen Rate und verlangsamt sich mit der Zeit.
- Sekundäres Kriechen weist eine relativ gleichmäßige Rate auf.
- Tertiäres Kriechen hat eine zunehmende Kriechrate und endet durch Versagen des Werkstoffs zum Zeitpunkt des Bruchs.
Tritt ein Bruch auf, wird die Zeit bis zum Bruch aufgezeichnet. Bricht eine Probe innerhalb des Kriechversuchszeitraums nicht, kann die Kriecherholung gemessen werden.
So führen Sie einen Kriechversuch durch
Zur Bestimmung der Kriecheigenschaften wird ein Werkstoff über einen längeren Zeitraum einer konstanten Zug- oder Druckbelastung bei konstanter erhöhter Temperatur ausgesetzt. Diese Prüfungen werden typischerweise an Universalprüfmaschinen oder dynamischen Prüfmaschinen durchgeführt, die dafür ausgelegt sind, über lange Zeiträume kontrollierte Lasten aufzubringen.
Während der Prüfung wird die Verformung des Werkstoffs in festgelegten Zeitintervallen aufgezeichnet, und die Gesamtdaten werden in einem Diagramm Kriechen vs. Zeit dargestellt. Die Steigung an einem beliebigen Punkt dieser Kurve wird als Kriechrate bezeichnet; die Einheiten werden als in/in/hr oder Prozent(%) Dehnung/hr angegeben.
Die Aufrechterhaltung einer konstanten Temperatur während eines Kriechversuchs ist aufgrund der möglichen thermischen Ausdehnung oder Schrumpfung des Werkstoffs entscheidend.
Einige Beispiele für Normen, die Kriechprüfungen vorschreiben, sind ASTM E139, ASTM D2290, ASTM D2291 und ASTM D2294. Weitere Details zu Prüfverfahren finden Sie in diesen Normen.
So bestimmen Sie die Spannungsrelaxation
Zur Bestimmung der Spannungsrelaxation eines Werkstoffs wird die Probe um einen vorgegebenen Betrag verformt, und eine Abnahme der Spannung wird über einen längeren Expositionszeitraum bei konstanter erhöhter Temperatur aufgezeichnet.
Die Spannungsrelaxationsrate ist die Steigung der Kurve an einem beliebigen Punkt.
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