ASTM E2714-13 Standardtestmethode für Kriechermüdungstests

In der von der American Society for Testing and Materials (ASTM) entwickelten „ASTM E2714-13 Standard Test Method for Creep Fatigue Testing“ werden die mechanischen Eigenschaften der Kriechermüdungsverformung oder Rissbildung in nominell homogenen Materialien anhand von Prüfkörpern bestimmt Einachsigen Kräften unter isothermen Bedingungen ausgesetzt. Eine Testmethode zur Bestimmung der Diese Norm umfasst Ermüdungsprüfungen bei Dehnungsraten oder Zyklen mit ausreichend langen Haltezeiten, um eine zyklische Verformungsreaktion zu berücksichtigen, sowie Zyklen der Rissbildung, die durch Kriechen (und Oxidation) beeinflusst werden.

Diese Methode ist als Testmethode für Ermüdungstests konzipiert, die zur Unterstützung von Aktivitäten wie Materialforschung und -entwicklung, mechanischem Design, Prozess- und Qualitätskontrolle, Produktleistung und Fehleranalyse durchgeführt werden. Die zyklischen Bedingungen, die für Kriech-Ermüdungsverformung und Rissbildung verantwortlich sind, variieren je nach Material und Temperatur für ein bestimmtes Material.

Die Verwendung dieser Prüfmethode ist auf Stichproben beschränkt und umfasst nicht die Prüfung von Komponenten, Strukturen oder Verbraucherprodukten in Originalgröße.

Diese Prüfmethode soll in erster Linie die Materialeigenschaften liefern, die für die Bewertung perfekter technischer Strukturen erforderlich sind, deren Merkmale einer zyklischen Belastung bei Temperaturen ausgesetzt sind, die hoch genug sind, um eine Kriechverformung zu verursachen.

Diese Prüfmethode kann zur Bestimmung der Verformungs- und Rissbildungs- oder Keimbildungseigenschaften als Ergebnis von spannungsgesteuerten Tests mit konstanter Amplitude oder kraftgesteuerten Tests mit konstanter Amplitude angewendet werden. Dabei geht es in erster Linie um die Prüfung von Rundstabproben, die einer einachsigen Belastung unter Kraft- oder Dehnungskontrolle ausgesetzt sind.

Der Schwerpunkt des Verfahrens liegt auf Versuchen, bei denen in einem bestimmten Zyklus gleichzeitig Kriech- und Ermüdungsverformungen sowie Schädigungen entstehen. Blockzyklustests, bei denen Kriech- und Ermüdungsschäden nacheinander auftreten, sind nicht enthalten. Die Daten, die aus Kriech-Ermüdungsversuchen ermittelt werden können, die unter Bedingungen durchgeführt werden, bei denen Kriech-Ermüdungsverformung und Schädigung gleichzeitig auftreten, sind folgende:

• Zyklische Spannungs-Dehnungs-Verformungsreaktion
• Zyklische Kriech- (oder Relaxations-)Verformungsreaktion
• Zyklische Verhärtung, zyklische Erweichungsreaktion
• Zyklen bis zur Bildung eines Einzelrisses oder mehrerer Risse in den Prüfkörpern

Es wird angenommen, dass sich in einer zunächst ungerissenen Probe ein Riss bildet, wenn er Keime bildet und sich auf eine bestimmte Größe ausbreitet, die mit einer bestimmten Technik nachgewiesen werden kann. Für die Zwecke dieser Norm wird die Bildung eines Risses durch eine messbare Zunahme der Nachgiebigkeit der Probe oder durch eine durch die Potenzialreduzierungstechnik erkennbare Größe nachgewiesen.

Diese Prüfmethode gilt für Temperaturen und Dehnungsraten, bei denen die Größen der zeitabhängigen inelastischen Spannungen (Kriechen) in der gleichen Größenordnung oder größer als die zeitabhängigen inelastischen Spannungen sind.

Der Begriff inelastisch wird hier für alle unelastischen Spannungen verwendet. Der Begriff plastisch wird hier nur für die zeitunabhängige (d. h. nicht kriechende) Komponente der unelastischen Spannung verwendet. Wenn das Spannungsverhältnis einen Wert überschreitet, kann eine nützliche technische Schätzung der zeitunabhängigen Spannung erhalten werden.

Für die Zwecke dieser Norm gelten die folgenden Begriffe und Definitionen:

• Unter Zyklus versteht man eine wiederholte Abfolge voller Kraft-(Dehnungs-)Werte unter Belastung (Spannung) mit konstanter Amplitude bei Ermüdung.
• Bei Ermüdungstests ist die Retentionszeit die Zeitspanne im Zyklus, in der die kontrollierte Testvariable (Kraft, Dehnung, Verschiebung) über die Zeit konstant bleibt. Haltezeiten liegen üblicherweise an der höchsten Belastungs- oder Belastungsgrenze, können aber auch an anderen Stellen im Zyklus liegen.
• Die Gesamtzyklusdauer bezieht sich auf die Zeit, die zum Abschließen eines Zyklus erforderlich ist. Die Gesamtzykluszeit ist die Summe aus Retentionszeit und Nichtretentionszeit.
• Ein Hysteresediagramm ist ein Spannungs-Dehnungs-Verlauf während eines Zyklus.
• Der anfängliche Elastizitätsmodul ist der Elastizitätsmodul, der während des Belastungsabschnitts des ersten Zyklus bestimmt wird.
• Der Elastizitätsmodul im Zyklus N ist der Durchschnitt des Elastizitätsmoduls, der während des ansteigenden Lastteils und des abfallenden Lastteils des Hysteresediagramms für den N-ten Zyklus ermittelt wurde.
• Der Spannungsbereich ist die Differenz zwischen maximaler und minimaler Spannung. Bei Kriechermüdungsversuchen wird die Differenz zwischen der maximalen und der minimalen Spannung als Spitzenspannungsbereich bezeichnet. Bei Tests, die unter Dehnungskontrolle durchgeführt werden, wird die Differenz zwischen den Spannungen an den Punkten, an denen der Kontrollparameter umgekehrt wird, als entspannter Spannungsbereich bezeichnet.

Kriechermüdungstests werden normalerweise bei erhöhten Temperaturen durchgeführt und umfassen die sequentielle oder gleichzeitige Anwendung von Belastungsbedingungen, die erforderlich sind, um zyklische Verformungen/Schäden zu erzeugen, die durch Kriechverformungen/Schäden verstärkt werden, oder umgekehrt.

Sofern solche Tests nicht im Vakuum oder in einer inerten Umgebung durchgeführt werden, kann die Oxidation auch für erhebliche Störeffekte im Zusammenhang mit der Schadensakkumulation verantwortlich sein. Der Zweck von Kriechermüdungstests besteht darin, Folgendes zu bestimmen:

• Auswertungseingangsdaten für die Verformungs- und Schadensanalyse von Ingenieurbauwerken, die bei hohen Temperaturen betrieben werden
• Validierung der Wirksamkeit von Strukturverformungen und Schadensmodellen
• Materialcharakterisierung
• Materialeigenschaftsdaten für die Entwicklung und Überprüfung von Regeln für die Neukonstruktion und Lebensdauerbewertung von Hochtemperaturkomponenten, die zyklischem Betrieb bei niedrigen Frequenzen oder mit festen Betriebsperioden oder beidem ausgesetzt sind

Neben den zahlreichen Test-, Mess-, Analyse- und Bewertungsstudien, die es für Unternehmen in verschiedenen Branchen anbietet, bietet unsere Organisation auch Testdienstleistungen gemäß der Norm „ASTM E2714-13 Standardtestmethode für Kriechermüdungstests“ mit geschultem und fachkundigem Personal an fortschrittliche technologische Ausrüstung.