Hochtemperaturwerkstoffe und Kriechen
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).
- Aca. 1,05-fach
- Bca. 52-fach
- Cca. 5,6-fach
Lösung und Erläuterung anzeigen
Lösung: C. ca. 5,6-fach
Das Verhältnis der Geschwindigkeiten beträgt exp[(Q/R)(1/1000 − 1/1050)]. Mit Q/R = 300000/8,314 ≈ 3,61×10⁴ K und (1/1000 − 1/1050) ≈ 4,76×10⁻⁵ K⁻¹ ist der Exponent ca. 1,72, und exp(1,72) ≈ 5,6. Dass schon 50 K Temperaturerhöhung die Geschwindigkeit mehr als verfünffacht, liegt an der exponentiellen Temperaturabhängigkeit der Geschwindigkeit. Die Aktivierungsenergie des Hochtemperaturkriechens reiner Metalle liegt oft nahe an der der Selbstdiffusion, was zeigt, dass das Kriechen diffusionsgesteuert ist. Ca. 52-fach entsteht, wenn man den Exponenten der e-Funktion als Zehnerpotenz behandelt, ca. 1,05-fach, wenn man das Verhältnis der absoluten Temperaturen unverändert als Verhältnis der Geschwindigkeiten nimmt.
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