Kriechen (zeitabhängige plastische Verformung unter Last)

Kriechen bezeichnet die zeitabhängige, überwiegend plastische Verformung eines Werkstoffs unter konstanter Spannung, die deutlich unter der kurzzeitigen Streckgrenze liegen kann. Es ist insbesondere bei erhöhten Temperaturen relevant, typischerweise oberhalb von etwa 0,3–0,4 der absoluten Schmelztemperatur (in K), kann jedoch auch bei Raumtemperatur in viskoelastischen oder polymeren Werkstoffen auftreten.

Das Kriechverhalten wird klassisch in drei Stadien unterteilt: primäres Kriechen mit abnehmender Kriechrate, sekundäres Kriechen mit nahezu stationärer Kriechgeschwindigkeit und tertiäres Kriechen mit stark ansteigender Kriechrate bis zum Bruch infolge von Hohlraumbildung, Porenwachstum und Risskoaleszenz (Kriechschaden). Die Kriechverformung wird häufig durch Dehnung-Zeit-Kurven unter vorgegebener Spannung und Temperatur charakterisiert.

Die zugrunde liegenden Kriechmechanismen umfassen diffusionskontrollierte Prozesse (Nabarro-Herring- und Coble-Kriechen), Versetzungs-Kriechen (Versetzungsgleiten und -klettern) sowie Korngrenzengleiten. Welcher Mechanismus dominiert, hängt von Temperatur, Spannung, Korngröße und Mikrostruktur (z.B. Ausscheidungen, Versetzungsdichte) ab.

Die Kriechbeständigkeit eines Werkstoffs wird mittels standardisierter Kriechteste (z.B. Zugkriechtest bei konstanter Spannung) quantifiziert, aus denen Kriechbruchzeiten, Mindestkriechraten und Kriechkennwerte (z.B. Norton-Gesetz) abgeleitet werden. Für Anwendungen mit Hochtemperatur-Kriechverhalten wie Turbinen, Kessel- und Reaktorkomponenten ist eine gezielte Legierungs- und Gefügedesign-Strategie entscheidend, um Kriechschäden zu minimieren und die Bauteillebensdauer zuverlässig vorherzusagen.

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