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Werkstofftechnik 1 - Kriechversuch und Zeitstandversuch

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Werkstofftechnik 1

Kriechversuch und Zeitstandversuch

Wird ein Werkstoff einer bestimmten Temperatur ausgesetzt, entsteht eine Spannung, unter welcher ein Kriechen [plastische Verformung] im Zeitverlauf zum Erliegen kommt. Diesen Wert nennt man Dauerstandfestigkeit. Wird dieser Wert überschritten, kommt es zum Bauteilversagen infolge eines Bruchs. Da dieser Wert selbst in sehr langandauernden Versuchen nicht zu ermitteln ist, bestimmt man hingegen die Zeitstandfestigkeit oder die DVM-Kriechgrenze

Der Zeitstandversuch ermittelt das Festigkeitsverhalten eines Werkstoffs bei ruhender Beanspruchung und bei Temperaturen, die die Festigkeit infolge der Beanspruchungsdauer beeinflussen. Man unterscheidet hierbei zwischen

Kurzzeitversuchen ca  < 1000 Std.

Langzeitversuchen ca > 100 Std.

Der Bereich zwischen Kurzzeit- und Langzeitversuchen ist fließend.

Merke

Die Zeitstandfestigkeit beschreibt die ruhende Spannung, die nach einer gewissen Belastungszeit das Bauteilversagen zur Folge hat.

Das Kriechen beschreibt die plastische Weiterverformung unter einer ruhenden Last  

Zeitstandkriechgrenze

Unter der Zeitstandkriechgrenze versteht man die  ruhende Spannung unter der bei einer bestimmten Temperatur und einer bestimmten Belastungsdauer ein gewisser Kriechbetrag erreicht wird. 

Versuchsablauf

Zeitstandversuch

Wie beim Zugversuch wird ein Probenstab in eine Prüfmaschine eingespannt und mit einer konstanten Zugkraft F belastet. Zusätzlich wird der Probenstab einer konstanten Temperatur T ausgesetzt. Dieser Versuch wird mehrfach mit unterschiedlichen Spannungen, aber einer immer konstanten Temperatur durchgeführt. Zwischen Versuchsbeginn und Versuchsende werden in kontinuierlichen Zeitabständen die plastischen Dehnungen, sowie die Zeitbruchdehnung und die Zeitbrucheinschnürung gemessen. Alle gemessenen Werte können anschließend in ein Zeitstandschaubild übertragen werden:

Zeitstandschaubild
Zeitstandschaubild

Kriechversuch

Der Ablauf entspricht dem Zeitstandversuch. Im Kriechversuch kann die Kriechdehnung aus der Änderung der Länge im Zeitpunkt $ t$  in Bezug auf die Ausgangslänge in $ t_0 $ errechnet werden. 

Methode

$\epsilon_{tot} (t) = \frac{L(t) - L_0}{L_0} \cdot 100 \text{%} = \epsilon_{e } + \epsilon_{p } $ 

Misst man diese Änderungen kontinuierlich zu verschiedenen Zeitpunkten, erhält man eine Reihe von Werten, die sich in einem Diagramm als Kriechkurve darstellen lassen.

Kriechkurve mit Kriechbereichen
Kriechkurve mit Kriechbereichen

Der Skizze ist zu entnehmen, dass die Kurve in drei Bereiche unterteilt ist:

I = Primärkriechbereich

II = Sekundärkriechbereich

III = Tertiärkriechbereich 

Ist der Zeitpunkt $ t_s = t_B $ erreicht, endet die Kurve infolge des Bruchs. Der entsprechende letzte Punkt auf der Kurve entspricht somit der Kriechbruchdehnung