Hochtemperaturwerkstoffe und Kriechen

Die stationäre Kriechgeschwindigkeit einer warmfesten Legierung folgt dem Potenzgesetz ε̇ = Aσⁿexp(−Q/RT) mit dem Spannungsexponenten n = 5. Um etwa welchen Faktor steigt die stationäre Kriechgeschwindigkeit, wenn die Spannung bei gleicher Temperatur um 20 % erhöht wird?

  1. Aca. 2,5-fach
  2. Bca. 6,0-fach
  3. Cca. 1,2-fach
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Lösung: A. ca. 2,5-fach

Bei gleicher Temperatur ändern sich A und exp(−Q/RT) nicht; das Verhältnis der Geschwindigkeiten ist daher das Spannungsverhältnis hoch n: (1,2)⁵ ≈ 2,49, also ca. das 2,5-Fache. Dass schon 20 % mehr Spannung die Geschwindigkeit mehr als verdoppelt, ist kennzeichnend für das Versetzungskriechen (Potenzgesetz-Kriechen), bei dem n mit etwa 3 bis 8 groß ist; kleine Fehler bei der Abschätzung der Auslegungsspannung wirken sich daher stark auf die Lebensdauer aus. Ca. 6,0-fach entsteht, wenn man das Spannungsverhältnis mit dem Exponenten n multipliziert, ca. 1,2-fach, wenn man annimmt, die Geschwindigkeit sei proportional zur Spannung (n = 1); das entspricht dem Diffusionskriechen, das bei niedrigen Spannungen wirkt. Trägt man die Geschwindigkeit doppeltlogarithmisch über der Spannung auf, ist die Steigung gleich n.

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  1. Die stationäre Kriechgeschwindigkeit einer Legierung folgt ε̇ = Aσⁿexp(−Q/RT) mit der Aktivierungsenergie Q = 300 kJ/mol. Um etwa welchen Faktor steigt die stationäre Kriechgeschwindigkeit, wenn die Temperatur bei gleicher Spannung von 1000 K auf 1050 K erhöht wird? Es gilt R = 8,314 J/(mol·K).
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