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Um Werkstoffeigenschaften besser zu verstehen und das Risiko von Materialversagen zu verringern, sind Zeitstandversuche und Kriechversuche wichtige Prüfverfahren. Sie geben Hinweise auf die langfristige Festigkeit eines Werkstoffes unter hoher Temperatur und Spannung.

Ab einer bestimmten Temperatur und Spannung beginnen Werkstoffe zu "kriechen", das heißt, sie verformen sich dauerhaft. Dies lässt sich bei Metallen ebenso beobachten wie bei Legierungen, Keramiken, Kunststoffen und sogar Holz und Gestein. Bei Metallen beginnt dieser Vorgang ab etwa einem Drittel der Schmelztemperatur und steigert sich bei höheren Temperaturen. Ursache für das Kriechen sind Diffusionsvorgänge und Versetzungsbewegungen im Werkstoff.

Festigkeit auch bei hohen Temperaturen

Wie stark sich die Festigkeit und das Verformungsvermögen eines Werkstoffes unter hohen Temperaturen verändern, ist entscheidend für viele Bauteile in der Luft- und Raumfahrt sowie im Automobil- und Maschinenbau. So dürfen beispielsweise Turbinenschaufeln und Motorteile selbst bei hohen Kräften und Temperaturen ihre Gestalt nur in sehr begrenztem Umfang verändern. Bei Entlastung müssen sie wieder ihre ursprüngliche Form einnehmen.

Prüfung unter gleichbleibend hoher Last

Kriech- und Zeitstandversuche sind spezialisierte mechanische Prüfungen, bei denen eine Materialprobe für einen längeren Zeitraum unter konstant hoher Last und Temperatur gehalten wird. Beim Kriechversuch wird in regelmäßigen Abständen die plastische Verformung als Dehnung gemessen. Beim Zeitstandversuch wird die Zeitdauer ermittelt, nach der die Probe unter der Belastung bricht. Wird dieser Versuch mit identischer Temperatur und unterschiedlichen Lasten wiederholt, kann aus der gemessenen Dehnung die Kriechkurve eines Materials errechnet werden. Die Untersuchung gibt Hinweise auf die physikalische und thermische Belastbarkeit des Werkstoffes, wie etwa dessen Zeitstandfestigkeit und Zeitdehngrenze.

In der Prüfpraxis existieren unterschiedliche Verfahren und Prüfanordnungen, um die gewünschten Untersuchungsziele (z.B. Zeit bis zum Bruch, Zeit bis zu einer bestimmten Dehnung oder die Kriechdehnung innerhalb eines bestimmten Zeitraums) zu erreichen. Es gibt auch Zeitstand- und Kriechversuche mit phasenweisen Unterbrechungen, die den Belastungen des Werkstoffs unter Betriebsbedingungen mit Ruhephasen entsprechen und dessen Verhalten bei Entspannung aufzeigen.

Zeitstandversuche – Das bietet Element

Unsere Labore werden ständig weiterentwickelt, um den Anforderungen durch neuen Materialien und Kundenspezifikationen gerecht zu werden. In den USA und Europa sind mehrere Element-Prüflabore für anspruchsvolle Zeitstand- und Kriechversuche ausgestattet. Mit fast 300 Prüfgeräten gehört unser Standort in Pilsen, Tschechien zu den größten Anbietern von Zeitstand- und Kriechversuchen in Europa und zählt auch deutsche Unternehmen aus der Luft- und Raumfahrt sowie der Öl- und Gasbranche zu seinen Kunden. Der Standort ist akkreditiert nach CAI ISO 17025 sowie Nadcap und verfügt über zahlreiche Herstellerzulassungen.