Kriechfestigkeit: Kritische Eigenschaft für die Leistung von Stahl bei hohen Temperaturen

Definition und Grundkonzept

Die Kriechfestigkeit bezieht sich auf die Fähigkeit eines Materials, einer allmählichen, dauerhaften Verformung unter anhaltendem mechanischem Stress bei erhöhten Temperaturen, typischerweise über 0,4-mal seiner absoluten Schmelztemperatur, zu widerstehen. Diese Eigenschaft stellt den maximal zulässigen Stress dar, dem ein Material bei einer bestimmten Temperatur während eines bestimmten Zeitraums standhalten kann, ohne übermäßige Verformung oder Versagen zu erfahren.

In der Materialwissenschaft und -technik ist die Kriechfestigkeit ein kritischer Parameter für Bauteile, die über längere Zeiträume bei hohen Temperaturen betrieben werden. Sie bestimmt die langfristige strukturelle Integrität und dimensionsstabilität von Bauteilen in Hochtemperaturanwendungen.

Innerhalb der Metallurgie nimmt die Kriechfestigkeit eine einzigartige Position ein, da sie statische mechanische Eigenschaften und zeitabhängige Verhaltensweisen verbindet. Im Gegensatz zu sofortigen Eigenschaften wie der Streckgrenze charakterisiert die Kriechfestigkeit die Materialleistung über längere Zeiträume, was sie unerlässlich für langfristige Zuverlässigkeitsprognosen in Hochtemperaturbetriebsumgebungen macht.

Physikalische Natur und Theoretische Grundlage

Physikalischer Mechanismus

Auf mikroskopischer Ebene erfolgt die Kriechverformung durch mehrere atomare Mechanismen. Dazu gehören der Versetzungsbewegung, das Gleiten von Korngrenzen und der diffusive Fluss von Atomen. Mit steigender Temperatur erhöht sich die atomare Mobilität, was es den Atomen erleichtert, Energiebarrien zu überwinden und sich unter Stress neu anzuordnen.

Bei Stahlmaterialien manifestiert sich das Kriechen hauptsächlich durch Versetzungssteig- und -gleitprozesse bei mittleren Temperaturen und Spannungen. Bei höheren Temperaturen oder niedrigeren Spannungen dominieren diffusionsgesteuerte Mechanismen, bei denen Atome entlang von Korngrenzen oder durch Kristallgitter migrieren.

Die Anwesenheit von Ausfällungen, gelösten Atomen und Korngrenzen schafft Hindernisse, die die Bewegung von Versetzungen und Diffusionsprozesse behindern. Diese mikrostrukturellen Merkmale dienen als Verankerungspunkte, die die Kriechbeständigkeit erhöhen, indem sie die atomare Mobilität unter Stress einschränken.

Theoretische Modelle

Das primäre theoretische Modell, das das Kriechverhalten beschreibt, ist die Kriechgleichung des Potenzgesetzes, die die Verformungsrate mit dem angewendeten Stress und der Temperatur in Verbindung bringt. Dieses Modell, das im Mittleren des 20. Jahrhunderts entwickelt wurde, bietet einen Rahmen zur Vorhersage des langfristigen Kriechverhaltens aus kurzfristigen Tests.

Das historische Verständnis von Kriechen entwickelte sich von empirischen Beobachtungen zu Beginn des 20. Jahrhunderts hin zu mechanistischen Modellen in den 1950er Jahren. Nortons Potenzgesetz (1929) und die Arrhenius-Temperaturabhängigkeit bildeten frühe Grundlagen, während spätere Arbeiten von Nabarro, Herring und Coble diffuse Kriechmechanismen erklärten.

Alternative theoretische Ansätze umfassen die Monkman-Grant-Beziehung, die die Kriechrate mit der Bruchzeit korreliert, den Larson-Miller-Parameter für die Zeit-Temperatur-Äquivalenz und neuere einheitliche konstitutive Modelle, die mehrere Deformationsmechanismen über verschiedene Spannungs-Temperatur-Bereiche hinweg einbeziehen.

Materialwissenschaftliche Basis

Die Kriechfestigkeit steht in fundamentalem Zusammenhang mit der Kristallstruktur, wobei kubische Körperzentrierte (BCC)-Strukturen typischerweise eine bessere Kriechbeständigkeit aufweisen als flächenzentrierte kubische (FCC)-Strukturen aufgrund niedrigerer Selbstdiffusionsraten. Korngrenzen wirken sowohl als Schwächen (unterstützen das Gleiten von Korngrenzen) als auch als Stärken (behindern die Bewegung von Versetzungen).

Die Mikrostruktur von Stahl beeinflusst das Kriechverhalten erheblich, wobei die Größe, Verteilung und Stabilität von Ausfällungen entscheidende Faktoren sind. Feine, stabile Ausfällungen, die gleichmäßig in der Matrix verteilt sind, bieten effektive Hindernisse für die Bewegung von Versetzungen und die Migration von Korngrenzen.

Die Kriechbeständigkeit steht im Zusammenhang mit grundlegenden Prinzipien der Diffusion, der Versetzungstheorie und der Phasestabilität. Die Aktivierungsenergie für das Kriechen korreliert häufig mit der Energie der Selbstdiffusion, was den atomaren Mobilitätsbasis des Phänomens hervorhebt.

Mathematische Ausdrucksweise und Berechnungsmethoden

Grundlegende Definitionsformel

Die Kriechrate im stationären Zustand wird typischerweise unter Verwendung der Kriechgleichung des Potenzgesetzes ausgedrückt:

$$\dot{\varepsilon} = A\sigma^n e^{-Q/RT}$$

Wo $\dot{\varepsilon}$ die Kriechrate im stationären Zustand ist, $A$ eine Materialkonstante ist, $\sigma$ der angewendete Stress ist, $n$ der Spannungs-Exponent (typischerweise 3-8 für Metalle) ist, $Q$ die Aktivierungsenergie für das Kriechen ist, $R$ die universelle Gaskonstante ist und $T$ die absolute Temperatur ist.

Verwandte Berechnungsformeln

Der Larson-Miller-Parameter (LMP) wird häufig verwendet, um Kriechdaten zu extrapolieren:

$$LMP = T(C + \log t_r)$$

Wo $T$ die absolute Temperatur ist, $C$ eine Materialkonstante ist (typischerweise 20 für Stähle) und $t_r$ die Zeit bis zum Bruch ist. Dieser Parameter ermöglicht die Vorhersage des langfristigen Kriechverhaltens aus Kurzzeit-Tests.

Die Monkman-Grant-Beziehung bezieht sich auf die minimale Kriechrate zur Bruchzeit:

$$\dot{\varepsilon}{min} \cdot t_r = C{MG}$$

Wo $\dot{\varepsilon}{min}$ die minimale Kriechrate ist, $t_r$ die Bruchzeit ist, und $C{MG}$ die Monkman-Grant-Konstante ist, die für ein gegebenes Material relativ konstant ist.

Anwendbare Bedingungen und Einschränkungen

Diese Formeln sind im Allgemeinen gültig für Temperaturen über 0,4-mal der absoluten Schmelztemperatur des Materials, wo die thermische Aktivierung der Kriechmechanismen signifikant wird. Unterhalb dieser Temperatur dominieren typischerweise andere Deformationsmechanismen.

Das Potenzgesetz bricht bei sehr hohen Spannungen zusammen (Bereich des Potenzgesetzzerfalls), wo der Spannungs-Exponent dramatisch steigt, und bei sehr niedrigen Spannungen, wo diffuse Kriechmechanismen dominieren mit einem Spannungs-Exponent, der sich 1 nähert.

Diese Modelle setzen konstante Temperatur- und Spannungsbedingungen voraus, während reale Bauteile oft thermischen und mechanischen Zyklen ausgesetzt sind, die durch Wechselwirkungen mit Ermüdungsmechanismen Kriechschäden beschleunigen können.

Mess- und Charakterisierungsmethoden

Standardprüfspezifikationen

ASTM E139: Standard-Testmethoden zur Durchführung von Kriech-, Kriechbruch- und Spannungsbruchtests für metallische Materialien. Dieser Standard umfasst Verfahren zur Bestimmung der Kriech- und Kriechbruchmerkmale unter konstantem Last und Temperatur.

ISO 204: Metallische Materialien — Einachsige Zugkriechprüfung — Prüfmethoden. Dieser Standard legt Verfahren für Kriechprüfungen fest, einschließlich der Probenvorbereitung, Prüfverfahren und Datenberichterstattung.

ASTM E1457: Standard-Testmethode zur Messung der Kriechspannungswachstumszeiten in Metallen. Dieser Standard behandelt Tests zum Kriechspannungswachstum für bruchmechanische Bewertungen.

Prüfgeräte und Prinzipien

Kriechprüfungen verwenden typischerweise Hebelarmmaschinen, die eine konstante Last durch ein gewichtsbasierendes System aufrechterhalten. Diese Maschinen beinhalten Öfen zur Temperaturkontrolle und Dehnungsmesser zur Messung der Dehnung.

Das grundlegende Prinzip besteht darin, eine konstante Last auf eine Probe anzuwenden, die bei erhöhter Temperatur gehalten wird, während die Dehnung über die Zeit kontinuierlich überwacht wird. Moderne Systeme verwenden LVDTs oder Laser-Dehnungsmesser für hochpräzise Verschiebungsmessungen.

Fortgeschrittene Geräte können Eindrückkriechprüfer für kleine Probenprüfungen, thermomechanische Analysatoren für präzise Maßänderungen und spezialisierte Anordnungen für mehraxiiales Kriechen umfassen.

Probenanforderungen

Standardkriechproben sind typischerweise zylindrisch mit gewindelosen Enden oder Schultergriffen. Häufige Abmessungen umfassen eine Messlänge von 25-50 mm und Durchmesser von 6-10 mm, mit präzisen dimensionellen Toleranzen.

Die Oberflächenvorbereitung erfordert sorgfältige Bearbeitung mit feiner Nachbearbeitung, um Oberflächendefekte zu beseitigen, die vorzeitige Fehler verursachen könnten. Die Oberflächenrauhigkeit wird typischerweise auf Ra ≤ 0,8 μm spezifiziert.

Proben müssen frei von Restspannungen sein, die das Kriechverhalten beeinflussen könnten, was oft eine Spannungsabbauwärmebehandlung vor den Tests erforderlich macht. Materialhomogenität und repräsentative Mikrostruktur sind entscheidend für zuverlässige Ergebnisse.

Testparameter

Die Testtemperaturen variieren typischerweise von 450 °C bis 650 °C für ferritische Stähle und von 550 °C bis 750 °C für austenitische Stähle, die während der Testdauer innerhalb von ±3 °C gehalten werden.

Die angewendeten Spannungen werden ausgewählt, um Brüche innerhalb praktischer Zeitrahmen (100-10.000 Stunden) zu erzeugen, wobei sie relevant für die Betriebsbedingungen bleiben, typischerweise im Bereich von 20-300 MPa, abhängig von Material und Temperatur.

Umweltbedingungen wie oxidierende oder reduzierende Atmosphären können kontrolliert werden, um Betriebsumgebungen zu simulieren, wobei manchmal inertgasgeschützte Verfahren verwendet werden, um Oxidationseffekte zu beseitigen.

Datenverarbeitung

Die primäre Datenerhebung umfasst Zeit-Verschiebungsmessungen, die typischerweise in logarithmischen Intervallen aufgezeichnet werden, um die drei Phasen der Kriechverformung (primär, sekundär und tertiär) zu erfassen.

Statistische Analysen umfassen Regressionsanpassungen zur Bestimmung der Kriechraten im stationären Zustand und der Zeit-Temperatur-Parameter. Mehrere Proben werden unter verschiedenen Spannungs-Temperatur-Kombinationen getestet, um parametrische Beziehungen zu etablieren.

Endgültige Werte der Kriechfestigkeit werden durch Interpolation oder Extrapolation der Testdaten berechnet, um den Stress zu bestimmen, der eine bestimmte Verformung (typischerweise 1%) oder Bruch zu einem bestimmten Zeitpunkt (häufig 100.000 Stunden) und Temperatur verursacht.

Typische Wertebereiche

Stahlklassifikation	Typischer Wertebereich	Testbedingungen	Referenzstandard
Kohlenstoffstahl (A106)	35-60 MPa	450 °C, 100.000 h	ASME BPVC II-D
2.25Cr-1Mo (P22)	55-90 MPa	550 °C, 100.000 h	ASME BPVC II-D
9Cr-1Mo-V (P91)	90-120 MPa	600 °C, 100.000 h	ASME BPVC II-D
Austenitischer SS 304H	40-65 MPa	650 °C, 100.000 h	ASME BPVC II-D

Variationen innerhalb jeder Klassifikation resultieren hauptsächlich aus Unterschieden in der genauen chemischen Zusammensetzung, den Wärmebehandlungsbedingungen und der Korngröße. Minorelemente wie Bor und Stickstoff können die Kriechfestigkeit auch in Spurenebenen erheblich beeinflussen.

Bei der Interpretation dieser Werte für praktische Anwendungen müssen Ingenieure berücksichtigen, dass die tatsächliche Bauteilgeometrie, mehrdimensionale Spannungszustände und Umweltfaktoren die effektive Kriechfestigkeit reduzieren können. Die Werte repräsentieren das durchschnittliche Verhalten, wobei statistische Streuungen angemessene Sicherheitsfaktoren erfordern.

Ein bemerkenswerter Trend bei Stahltypen ist der Kompromiss zwischen Temperaturfähigkeit und Kosten, wobei ein höherer Chromgehalt im Allgemeinen eine bessere Kriechbeständigkeit bei erhöhten Temperaturen bietet, aber die Materialkosten erhöht.

Engineering-Anwendungsanalyse

Designüberlegungen

Ingenieure integrieren die Kriechfestigkeit in Entwurfsberechnungen durch zeitabhängige zulässige Spannungen, die sowohl kurzzeitige Fließgrenzen als auch langfristige Kriechverformungen berücksichtigen. Diese Werte basieren typischerweise auf dem Stress, der eine Verformung von 1% in 100.000 Stunden oder einen Bruch in 100.000 Stunden erzeugt, je nachdem, welcher Wert niedriger ist.

Sicherheitsfaktoren für kriechbegrenzt Dimensionen liegen typischerweise zwischen 1,25 und 3,0, abhängig von der Kritikalität der Anwendung, der Zuverlässigkeit der Daten und den Folgen eines Versagens. Höhere Faktoren werden angewendet, wenn über vorhandene Testdaten hinaus extrapoliert wird oder wenn Umweltfaktoren die Degradation beschleunigen können.

Materialauswahlentscheidungen balancieren die Kriechfestigkeit gegen Kosten, Verarbeitbarkeit und andere Eigenschaften wie Korrosionsbeständigkeit. Für kritische Hochtemperaturanwendungen wird die Kriechfestigkeit oft zum primären Auswahlkriterium, was Premiumlegierungen trotz höherer Kosten rechtfertigt.

Schlüsselanwendungsbereiche

Kraftwerksanlagen stellen einen kritischen Anwendungsbereich dar, wobei Kesselröhren, Dampfleitungen und Turbinenkomponenten kontinuierlich bei Temperaturen betrieben werden, bei denen Kriechen der limitierende Faktor ist. Diese Komponenten müssen ihre dimensionsstabilität und Integrität für Designlebensdauern von über 200.000 Stunden aufrechterhalten.

Petrochemische Prozessanlagen, insbesondere Reformerröhren und Reaktorinternas, erfordern außergewöhnliche Kriechbeständigkeit unter extremen Bedingungen, die hohe Temperaturen, Druck und korrosive Umgebungen kombinieren. Versagensrisiken umfassen sowohl deformationbasierte Prozesseffizienz als auch katastrophalen Bruch.

Automotive Abgaskomponenten, insbesondere in Turboladern und Auspuffkrümmern, erleben zyklischen Hochtemperaturbetrieb, bei dem Kriechen mit thermischer Ermüdung interagiert. Moderne, verkleinerte Motoren mit höherer spezifischer Leistung stellen zunehmende Anforderungen an die Materialkriechbeständigkeit.

Leistungsabgleich

Kriechfestigkeit steht häufig im Konflikt mit Zähigkeit, da mikrostrukturelle Merkmale, die die Kriechbeständigkeit verbessern (feine Ausfällungen, stabile Korngrenzen), die Bruchzähigkeit reduzieren können. Dieser Kompromiss wird besonders wichtig bei dickwandigen Druckbehältern, die beide Eigenschaften erfordern.

Höhere Kriechfestigkeit korreliert typischerweise mit reduzierter Schweißbarkeit, da Legierungselemente, die die Korngrenzen stärken und stabile Ausfällungen bilden, auch die Härtbarkeit und die Anfälligkeit für Kaltverzug erhöhen. Dies erfordert eine sorgfältige Entwicklung der Schweißverfahren und eine Wärmebehandlung nach dem Schweißen.

Ingenieure balancieren diese gegensätzlichen Anforderungen, indem sie optimale Wärmebehandlungsbedingungen auswählen, die spezifischen Belastungsbedingungen der Bauteile berücksichtigen und manchmal unterschiedliche Materialien in verschiedenen Regionen komplexer Baugruppen verwenden.

Versagensanalyse

Kriechverjüngung stellt einen häufigen Fehlermodus dar, bei dem Mikrovakuolen an Korngrenzen, die senkrecht zur Hauptspannungsrichtung verlaufen, nukleieren und schließlich miteinander verbunden werden, um intergranulare Risse zu bilden. Dieser Schaden akkumuliert fortschreitend und beschleunigt sich in der tertiären Kriechphase.

Der Versagensmechanismus schreitet typischerweise von isolierten Kavitätenbildungen über orientierte Ketten von Kavitäten, Mikrorissbildung bis hin zu makroskopischen Rissausbreitungen, die zum Bruch führen. Mikrostrukturelle Untersuchungen zeigen oft charakteristische "w-typische" intergranulare Bruchflächen.

Abhilfemaßnahmen umfassen das Design für niedrigere Betriebsdrücke, die Implementierung von Zustandüberwachungen durch periodische metallografische Replikationen und das Planen des Komponentenaustauschs basierend auf der Restlebensbewertung anstelle des Wartens auf einen Ausfall.

Beeinflussende Faktoren und Kontrollmethoden

Einfluss der chemischen Zusammensetzung

Primäre Legierungsbestandteile wie Chrom, Molybdän und Wolfram verbessern die Kriechfestigkeit erheblich, indem sie stabile Karbide bilden, die Versetzungen und Korngrenzen festhalten. Molybdän und Wolfram sind besonders effektiv aufgrund ihrer langsamen Diffusionsraten und der Festigkeitssteigerung durch feste Lösungen.

Spurenelemente können die Kriechleistung dramatisch beeinflussen, wobei Bor (30-100 ppm) die Korngrenzen stärkt, während Elemente wie Schwefel und Phosphor (sogar bei <0,01%) die Kriechlebensdauer erheblich verringern können, indem sie die Kavitätenbildung an Korngrenzen fördern.

Optimierungsansätze bei der Zusammensetzung beinhalten die sorgfältige Kontrolle des Kohlenstoff-Stickstoff-Verhältnisses zur Förderung stabiler Nitrittbildung, Mikrolegierung mit Vanadium und Niob zur Festigung der Ausfällungen und die Minimierung von Störstoffen, die sich an Korngrenzen ablagern.

Einfluss der Mikrostruktur

Die Korngröße beeinflusst das Kriechverhalten erheblich, wobei feinere Körner die kurzzeitige Kriechbeständigkeit durch erhöhten Korngrenzenbereich verbessern, die die Versetzungsbewegung behindert. Für die langfristige Kriechbeständigkeit können jedoch gröbere Körner vorteilhaft sein, indem sie die Beiträge des Gleiten von Korngrenzen reduzieren.

Die Phasendistribution beeinflusst die Kriechleistung entscheidend, wobei stabile Dispersionen von feinen Karbiden, Nitriden oder intermetallischen Phasen effektive Hindernisse für die Bewegungen von Versetzungen bieten. Die ideale Mikrostruktur weist Ausfällungspartikel auf, die in Abständen angeordnet sind, die mit den Interaktionslängen von Versetzungen vergleichbar sind.

Nichtmetallische Einschlüsse und Defekte wirken als Spannungs-Konzentratoren und Kavitäten-Nukleationsorte und beschleunigen Kriechschäden. Saubere Stähle mit reduzierten Einschlüsseinhalten und kontrollierten Morphologien zeigen überlegene Kriechbeständigkeit und Bruchduktilität.

Einfluss der Bearbeitung

Die Wärmebehandlung beeinflusst die Kriechfestigkeit erheblich durch die Kontrolle der Größe, Verteilung und Stabilität der Ausfällungen. Normalisierte und vergütete Bedingungen bieten typischerweise optimale Kombinationen von Festigkeit und Zähigkeit für ferritische Stähle, während Lösungsglühen und Alterung austenitische Grade optimieren.

Mechanische Bearbeitungsprozesse beeinflussen die Versetzungsdichte und Korngestalt, wobei kontrollierte Warmbearbeitungsverfahren manchmal eingesetzt werden, um Subkorngestaltungen zu entwickeln, die gegen Kriechverformung resistent sind. Kaltbearbeitung reduziert in der Regel die Kriechbeständigkeit, indem sie erholungsanfällige Versetzungsstrukturen einführt.

Die Kühlschritte während der Wärmebehandlung bestimmen die Nukleations- und Wachstumsmerkmale von Ausfällungen, wobei mittlere Kühlraten häufig optimale Verteilungen bieten. Schnelles Abkühlen kann erstarrende Elemente in Lösung halten, während langsames Abkühlen zur Grobkörnigkeit der Ausfällungen führen kann.

Umweltfaktoren

Temperatur beschleunigt die Kriechrate exponentiell, wobei ein Anstieg um 10-20 °C typischerweise die Lebensdauer der Bauteile halbiert. Temperaturgradienten können zusätzliche Spannungen durch unterschiedliche thermische Ausdehnung und variierende Kriechraten über die Bauteile hinweg induzieren.

Korrsive Umgebungen können synergistisch mit Kriechen interagieren, wobei Oxidation entlang von Korngrenzen unter Stress eindringt und die Kavitätenbildung und Rissausbreitung beschleunigt. Dieser Effekt tritt besonders stark in sulfidierenden Umgebungen auf, die in der petrochemischen Verarbeitung üblich sind.

Zeitabhängige mikrostrukturelle Veränderungen treten während des Betriebs auf, einschließlich der Grobkörnigkeit von Ausfällungen, Phasenübergängen und der Karbidauflösung. Diese Veränderungen, die zusammen als "thermisches Altern" bezeichnet werden, können über Jahrzehnte den Kriechwiderstand progressiv verringern.

Verbesserungsmethoden

Metallurgische Verbesserungen umfassen kontrollierte Zusätze von carbidebilderenden Elementen (V, Nb, Ti), um stabile Ausfällungsverteilungen zu schaffen, sowie Mikrolegierung mit Bor zur Stärkung der Korngrenzen gegen Kavitätenbildung.

Bearbeitungsbasierte Ansätze beinhalten thermomechanische Behandlungen, die optimierte Versetzungsunterstrukturen und Ausfällungsverteilungen entwickeln. Kontrollierte Deformation zwischen präzisen Wärmebehandlungsschritten kann die Kriechbeständigkeit erheblich verbessern.

Designüberlegungen zur Optimierung der Kriechleistung umfassen die Minimierung von Spannungs-Konzentrationen durch großzügige Radien, die Reduzierung der Betriebstemperaturen durch verbesserte Isolation oder Kühlung und die Implementierung von Spannungsabbau-Merkmalen, die unvermeidliche Kriechverformungen ermöglichen, ohne die Funktionalität zu beeinträchtigen.

Verwandte Begriffe und Standards

Verwandte Begriffe

Stressbruch bezieht sich auf das zeitabhängige Versagen von Materialien unter konstanter Last und Temperatur, was den Endpunkt des Kriechprozesses darstellt. Während sich die Kriechfestigkeit auf Verformungsgrenzen konzentriert, befasst sich der Stressbruch mit dem ultimativen Versagen.

Kriech-Erschöpfungsinteraktion beschreibt den beschleunigten Schaden, der auftritt, wenn Materialien sowohl zyklischen Lasten als auch Kriechbedingungen ausgesetzt werden, mit Schadensmechanismen, die schwerwiegender sind als entweder Mechanismus allein.

Thermisches Altern umfasst zeitabhängige mikrostrukturelle Veränderungen, die bei erhöhten Temperaturen auftreten, einschließlich der Grobkörnigkeit von Ausfällungen, Phasenübergängen und Versprödungsphänomenen, die im Laufe der Zeit die Kriechbeständigkeit verringern können.

Diese Begriffe sind miteinander verbundene Aspekte des Hochtemperaturmaterialverhaltens, wobei die Kriechfestigkeit die Grundlage für das Verständnis zeitabhängiger Verformungen bietet, die letztendlich zu den anderen Phänomenen führen.

Hauptstandards

Der ASME Boiler and Pressure Vessel Code Abschnitt II-D bietet zulässige Spannungswerte für Druckbehältermaterialien basierend auf Kriechfestigkeitsdaten, die zeitabhängige Eigenschaften für Materialien, die über dem Kriechbereich betrieben werden, einbeziehen.

Die europäische Norm EN 13445 legt Entwurfsmethoden für unbefeuerte Druckbehälter fest, einschließlich spezifischer Bestimmungen für das Design im Kriechbereich unter Verwendung zeitabhängiger Eigenschaften und Ansätze zur Schadensakkumulation.

Der API 579-1/ASME FFS-1 Fitness-For-Service-Standard bietet Methoden zur Bewertung von Ausrüstung mit Kriechschäden, einschließlich Techniken zur Restlebensbewertung und Akzeptanzkriterien für den weiteren Betrieb.

Entwicklungstrends

Aktuelle Forschungen konzentrieren sich auf computergestützte Methoden zur Vorhersage des langfristigen Kriechverhaltens aus kurzfristigen Tests, einschließlich maschineller Lernansätze, die Muster in Kriechdaten über mehrere Materialien und Bedingungen hinweg identifizieren.

Neu auftretende Technologien umfassen miniaturisierte Testtechniken wie kleine Durchdringungstestverfahren, die die Bewertung von in Betrieb befindlichen Komponenten mit minimalem Materialentzug ermöglichen, und fortschrittliche Überwachungssysteme, die akustische Emissionen zur Erkennung von Kriechschäden verwenden.

Zukünftige Entwicklungen werden voraussichtlich physikbasierte Multiskalenmodellierungen umfassen, die atomare Prozesse mit dem Verhalten von Komponenten verknüpfen und genauere Lebensdauervorhersagen und gezielte Entwicklungen neuer kriechbeständiger Legierungen für extreme Umgebungen ermöglichen.