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Zeitstandversuch / Kriechversuch

Der Zeitstandversuch auch bekannt als Kriechversuch ist ein zerstörendes Werkstoffprüfverfahren zur Ermittlung der langfristigen Festigkeit und Warmfestigkeit eines Materials. Beim Zeitstandversuch wird eine Probe über einen längeren Zeitraum einer erhöhten Temperatur ausgesetzt und mit konstanter Zugkraft bzw. Zugspannung belastet. Dabei unterscheidet man zwischen Kurzzeitversuchen bis ca. 10.000 Stunden und Langzeitversuchen ab ca. 10.000 Stunden.

Das Ziel eines Zeitstandversuchs (Kriechversuchs) ist die Vorhersage der Lebensdauer eines Materials unter bestimmten Einsatzbedingungen. Zur Durchführung der Zeitstandversuche nach verschiedenen Normanforderungen stellt ZwickRoell hochpräzise Zeitstandprüfmaschinen zur Verfügung. 

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Was versteht man unter Kriechen?

Als Kriechen bezeichnet man die über einen längeren Zeitraum andauernde plastische Verformung eines Werkstoffs. Schon geringe Belastungen und erhöhte Temperaturen über eine längere Zeitspanne können zu einer dauerhaften Verformung von Materialien wie z.B. Metall, Keramik, Kunststoff, etc. führen.

Folgende Faktoren beeinflussen das Kriechen maßgeblich:

  • Ausmaß der Belastung,
  • Höhe der Temperatur und
  • Dauer der Belastung.

Welche Kennwerte werden in einem Zeitstandversuch (Kriechversuch) ermittelt?

  • Zeit bis zum Bruch der Probe (Bruchzeit)
  • Bleibende Dehnung
  • Zeitbruchdehnung
  • Zeitbrucheinschnürung
  • Kriechgrenzzeit
  • Dehngrenzzeit
  • Kriechmodul (Verhältnis von Spannung zu Dehnung in Funktion der Belastungszeit)
  • Zeitstandfestigkeit
  • Kriechdehnung
  • Relaxationsspannung

Was ist Zeitstandfestigkeit (Kriechfestigkeit)?

Die Zeitstandfestigkeit ermöglicht eine Aussage über die Lebensdauer eines Werkstoffs unter bestimmten Einsatzbedingungen. Diese gibt an, welche mechanische Spannung bei konstanter Temperatur über einen bestimmten Zeitraum zum Versagen des Werkstoffs führt. Diese wird anhand von Zeitstandversuchen ermittelt und ist entscheidend für den Einsatz der Materialien in verschiedenen Anwendungen. Bauteile für die Luft- und Raumfahrt sowie Motorteile dürfen sich auch bei hoher Belastung und Temperaturen nur gering verformen. Haben Bauteile einmal eine Kriechdehnung erfahren, werden diese auch nach Entlastung nicht mehr die ursprüngliche Form einnehmen. Wird der Werkstoff über einen langen Zeitraum zu stark belastet, kann es neben Rissen in weiterer Folge zum Bruch kommen.

Die drei Phasen des Kriechversuchs

Der Kriechversuch wird in drei Bereiche unterteilt - in den primären, sekundären und tertiären Kriechbereich. Diese Kriechkurven liefern Informationen über das Kriechverhalten über eine bestimmte Zeit.

Im primären Kriechbereich nimmt die mechanische Festigkeit des Materials durch die plastische Verformung zu und die Kriechgeschwindigkeit daraufhin ab.

Bei fortgeschrittener Dehnung und Prüfdauer stellen sich nach und nach die Ver- und Entfestigung ein. Dieser Bereich ist durch eine konstante Kriechgeschwindigkeit gekennzeichnet und wird als sekundärer Kriechbereich bezeichnet.

Im tertiären Kriechbereich nimmt die Kriechgeschwindigkeit durch Schädigungen des Materials deutlich zu und endet mit dem Bruch der Probe. Der tertiäre Kriechbereich nimmt, gemessen an der Lebensdauer eines Materials, nur einen kleinen Zeitraum ein. Das sekundäre Kriechen nimmt den größten Teil der Gesamtlebensdauer ein.

Gängige Probenformen

  • Rundprobe mit Gewindekopf
  • Rundprobe mit Gewindekopf und Messschneiden
  • Gekerbte Rundprobe mit Gewindekopf
  • Flachprobe mit Schulterkopf und Bohrung
  • Flachprobe mit Schulterkopf und Messschneiden
  • Rohrsegmentproben
  • CT-Probe

Relevante Normen für Zeitstandversuche an Metall

  • ISO 204 Metallische Werkstoffe -Einachsiger Zeitstandversuch unter Zugbeanspruchung

  • ASTM E 139 Standard Test Methods for Conducting Creep, Creep-Rupture, and Stress-Rupture Tests of Metallic Materials

  • EN 2002-005 Prüfvefahren für metallische Werkstoffe - Teil 005: Kriech- und Zeitstandversuch unter konstanter Zugbeanspruchung

  • ASTM E 328 Standard Test Methods for Stress Relaxation for Materials and Structures

  • ISO 15630-3 Steel for the reinforcement and prestressing of concrete - Test methods

  • ASTM G 129 Standard Practice for Slow Strain Rate Testing to Evaluate the Susceptibility of Metallic Materials to Environmentally Assisted Cracking

  • ASTM F 519 Standard Test Method for Mechanical Hydrogen Embrittlement Evaluation of Plating/Coating Processes and Service Environments

  • ASTM F 1624 Standard Test Method for Measurement of Hydrogen Embrittlement Threshold in Steel by the Incremental Step Loading Technique

  • ASTM E 1457 Standard Test Method for Measurement of Creep Crack Growth Times in Metals

  • ASTM E 2760 Standard Test Method for Creep-Fatigue Crack Growth Testing

  • ASTM E 647 Standard Test Method for Measurement of Fatigue Crack Growth Rates

  • ASTM E 2714 Standard Test Method for Creep-Fatigue Testing

  • ASTM E 606 Standard Test Method for Strain-Controlled Fatigue Testing

  • ISO 12106 Metallic materials - Fatigue testing - Axial-strain-controlled method

  • Validated Code-of-Practice for Strain-Controlled Thermo-Mechanical Fatigue Testing

  • ISO 12111 Metallic materials - Fatigue testing - Strain-controlled thermomechanical fatigue testing method

  • ASTM E 2368 Standard Practice for Strain Controlled Thermomechanical Fatigue Testing

Relevante Normen für Zeitstandversuche an Kunststoff

  • ISO 899-1 Bestimmung des Kriechverhaltens - Teil 1: Zeitstand-Zugversuch
  • ISO 899-2 Bestimmung des Kriechverhaltens - Teil 2: Zeitstand-Biegeversuch bei Dreipunkt-Belastung
  • ASTM D 2990 Standard Test Methods for Tensile, Compressive and Flexural Creep and Creep-Rupture of Plastics
  • ISO 16770 Plastics - Determination of environmental stress cracking (ESC) of polyethylene - Full-notch creep test (FNCT)
  • ISO 3384-1 Rubber, vulcanized or thermoplastic - Determination of stress relaxation in compression

Passende Prüfmaschinen für Zeitstandversuche / Kriechversuche

Häufig gestellte Fragen zum Kriechversuch / Zeitstandversuch

Der Kriechversuch auch bekannt als Zeitstandversuch ist ein zerstörendes Werkstoffprüfverfahren zur Ermittlung der langfristigen Festigkeit und Warmfestigkeit eines Materials. Beim Zeitstandversuch wird eine Probe über einen längeren Zeitraum einer erhöhten Temperatur ausgesetzt und mit konstanter Zugkraft bzw. Zugspannung belastet.

Das Ziel eines Zeitstandversuchs (Kriechversuchs) ist die Vorhersage der Lebensdauer eines Materials unter bestimmten Einsatzbedingungen. 

Beim Zeitstandversuch wird eine Probe über einen längeren Zeitraum einer erhöhten Temperatur ausgesetzt und mit konstanter Zugkraft bzw. Zugspannung belastet. Dabei unterscheidet man zwischen Kurzzeitversuchen bis ca. 10.000 Stunden und Langzeitversuchen ab ca. 10.000 Stunden.

Zur Durchführung werden Zeitstandprüfmaschinen eingesetzt. Die Prüfachsen werden mit Zug-Probenhaltern ausgestattet, mit denen die Zugproben schlupffrei gehalten werden können. Je nach Anforderung und Prüfung stehen verschiedene Heizsysteme zur Verfügung, um die verschiedenen Umgebungstemperaturen zu simulieren.

Anforderungen und Durchführung von Zeitstandversuchen sind in einer Reihe von ISO und ASTM Normen im Metall und Kunststoffbereich vorgegeben. 

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