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ASTM E399: kritischer Spannungsintensitätsfaktor K1C (K-Konzept)

Bereich III der Risswachstumskurve

Der kritische  Spannungsintensitätsfaktor K1C beschreibt den Widerstand eines Werkstoffs gegen Risswachstum. Der Spannungsintensitätsfaktor wird auch Risszähigkeit oder Bruchzähigkeit genannt. Die ASTM E399 beschreibt die Ermittlung des Werkstoffkennwerts der Bruchmechanik bei zyklischer Belastung mit konstanter Amplitude.

Risswachstumskurve

Das Risswachstum eines Materials wird in der Risswachstumskurve beschrieben. Diese Kurve wird in drei Bereiche unterteilt:

  • Bereich I: niedrige Risswachstumsgeschwindigkeit, Schwellwert dKth bei dem das Risswachstum gerade beginnt
  • Bereich II: konstante Risswachstumsgeschwindigkeit, wird mathematisch mit der Paris-Geraden beschrieben, Ermüdungsrisswachstum da/dN 
  • Bereich III: hohe Risswachstumsgeschwindigkeit, endet mit dem Gewaltbruch, kritischer Spannungsintensitätsfaktor K1C

ASTM E399: Bereich III der Risswachstumskurve

Die ASTM E399 zur Ermittlung des kritischen Spannungsintensitätsfaktors K1C befasst sich mit dem Bereich III der Risswachstumskurve.

Die K1C-Ermittlung wird in der Regel bei spröden Werkstoffen durchgeführt. Als erstes wird durch Anschwingen gemäß ASTM E399 ein definierter Riss in der Probe erzeugt. 2,5% vor Erreichen der definierten Risslänge wird die Spannungsintensität verringert.
Im nächsten Schritt wird die Probe stetig bis zum Bruch und dem Erreichen des KQ-Wertes gezogen. Nach dem Versuch wird der ermittelte KQ-Wert ins Verhältnis zu Probenbreite, Risslänge und der Dehngrenze des Materials gesetzt. Entspricht dieses Verhältnis dem in der Norm festgelegten Mindestgültikeitskriterium, wird KQ zu einem gültigen K1C Wert erklärt. 

Das Risswachstum wird mit einem geeigneten Rissaufweitungsaufnehmer und mit der rechnerischen Compliance-Methode ermittelt.

Neben den sehr gängigen Kompaktproben (CT) können auch Biegeproben (SEB) verwendet werden um die kritische Spannungsintensität K1C zu ermitteln. 
 

Bruchzähigkeitsprüfung nach ASTM E399

Der Bruchzähigkeitstest nach ASTM E399 wird mit einem Vibrophore wird an einer sogenannten CT-Probe durchgeführt. Der ermittelte Kennwert ist der kritische Spannungsintensitätsfaktor K1C.

Passende Produkte für ASTM E399: Software

Für testXpert Research existiert eine spezielle Prüfvorschrift für die Ermittlung des kritischen Spannungsintensitätsfaktor K1C im Bereich III nach ASTM E399.

Passende Produkte für ASTM E399: Prüfmaschinen

Mit den servohydraulischen Prüfmaschinen kann die Ermittlung des kritischen Spannungsintensitätsfaktors K1C nach ASTM E399 vollständig, d.h. ohne Umspannen der Probe, durchgeführt werden.

Weitere Informationen zur Bruchmechanik

Bruchmechanik: Risswachstum da/dN und Schwellwert
ASTM E647
Bereich I und II der Risswachstumskurve
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Bruchmechanik
Risswachstum, Rissausbreitung, Rissauffangfähigkeit
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