Thermomechanische Ermüdung

Was ist Thermomechanische Ermüdung?

Der thermomechanische Ermüdungstest ist ein Test, bei dem mechanische Belastung und ein Temperaturzyklus gleichzeitig in einem kontrollierten Phasenverhältnis angewendet werden. Es stellt den tatsächlichen Belastungszustand von Teilen dar, die durch Erhitzen und Kühlen betrieben werden.

Zweck von Thermomechanische Ermüdung

Der Zweck besteht darin, die Auswirkung von Spannungen, die durch Wärmeausdehnung in Bauteilen entstehen, deren Betriebstemperatur schwankt, auf die Lebensdauer zu bestimmen.

Bei welchen Produkten wird Thermomechanische Ermüdung angewendet?

Komponenten für Abgaskrümmer und Turbolader
Teile von Gasturbinenschaufeln und Brennkammern
Motorzylinderkopf
Hochtemperatur-Rohrverbindungen

In welchen Branchen wird Thermomechanische Ermüdung eingesetzt?

MetallStahlMaschinenIndustrieausrüstungKunststoffe

Normen zu Thermomechanische Ermüdung

ISO 12111
ASTM E2368

Prüfbedingungen für Thermomechanische Ermüdung

Temperaturzyklus: In der Spezifikation definierte untere und obere Temperatur sowie Heiz-/Kühlrate
Phasenbeziehung: Inphase oder außerphase (die Phase zwischen mechanischer Belastung und Temperatur)
Dehnungskontrolle: Gesamt- oder mechanisch spannungsgesteuert
Zyklusdauer: Definiert, um Heiz-, Verweil- und Kühlperioden einzuschließen

Prüfgerät für Thermomechanische Ermüdung

Servohydraulisches TMF-Prüfsystem
Induktionserwärmung und Zwangskühlung
Hochtemperatur-Extensometer
Mehrkanaliges Temperaturmesssystem

Probenanforderungen für Thermomechanische Ermüdung

Hohle oder massive zylindrische Probe (für Temperaturgleichmäßigkeit)
Befestigungspunkte für Thermoelemente müssen definiert werden
Die Qualität der Oberflächenbeschaffenheit muss dokumentiert werden
Die Anzahl der Exemplare ist in der Spezifikation festgelegt

Dauer von Thermomechanische Ermüdung

Da die Zyklusdauer lang ist, kann eine einzelne Probe Tage dauern. Das gesamte Programm erstreckt sich über mehrere Wochen.

Ablauf von Thermomechanische Ermüdung

1Die Probe wird vorbereitet und Thermoelemente angebracht.
2Das Temperatur- und Dehnungszyklusprofil wird definiert.
3Die Phasenbeziehung wird eingestellt und das System stabilisiert.
4Der gleichzeitige Temperatur- und mechanische Zyklus wird gestartet.
5Spannung-Dehnung und Temperatur werden bei jedem Zyklus aufgezeichnet.
6Es bricht weiterhin oder die definierte Anzahl von Zyklen.

Annahmekriterien für Thermomechanische Ermüdung

Als Akzeptanzkriterium wird in der Spezifikation eine Mindestanzahl an Zyklen beim definierten Zyklenprofil angegeben.

Auswertung der Ergebnisse

Die Veränderung der Spannungsreaktion bei Zyklen, die Rissbildung und die Wirkung der Oxidation werden gemeinsam bewertet. Phasenverschobene Bedingungen führen im Allgemeinen zu einer kürzeren Lebensdauer.

Prüfbericht zu Thermomechanische Ermüdung

Standard angewendet
Temperaturprofil und Phasenbeziehung
Dehnungsamplitude und Steuermodus
Anzahl der Zyklen und Schadensort
Spannungs-Dehnungs- und Temperaturaufzeichnungen

Akkreditierung

EUROLAB verfügt über eine international anerkannte Akkreditierung, die von Akkreditierungsstellen erhalten wurde, die Vertragspartei der multilateralen Anerkennungsvereinbarungen IAF und ILAC sind, gemäß ISO/IEC 17025 für Labortests, ISO/IEC 17020 für Inspektion und Überwachung sowie ISO/IEC 17021-1 und ISO/IEC 17065 für System- und Produktzertifizierung. Diese Kette stellt sicher, dass die ausgestellten Berichte und Zertifikate weltweit akzeptiert werden.

Ob dieser Test im akkreditierten Rahmen angeboten werden kann, hängt von Ihrem Produkt und der angewandten Norm ab; Da die Akkreditierung methodenbasiert erfolgt, wird der Umfang bereits im Angebotsstadium schriftlich bestätigt.

Geltungsbereich und Berechtigungen

Mekanik Testler — Was umfasst dieser Prüfbereich?

Der folgende Abschnitt beschreibt das Gebiet, zu dem der Test Thermomechanische Ermüdung gehört; die Bedingungen und Abnahmekriterien dieses konkreten Tests stehen in den obigen Abschnitten. Der für Ihr Produkt spezifische Umfang wird schriftlich im Angebotsstadium festgelegt.

Mechanische Prüfungen messen, wie sich ein Werkstoff oder ein Bauteil unter Krafteinwirkung verhält. Die Familie reicht von statischer Belastung (Zug, Druck, Biegung) über zeitabhängiges Verhalten (Ermüdung, Kriechen) bis zu Härte und Verschleiß sowie Bruchzähigkeit.

Das gemeinsame Merkmal dieser Prüfungen ist, dass das Ergebnis als WERKSTOFFEIGENSCHAFT ausgewiesen wird. Streckgrenze oder Härte sind keine Konformitätsentscheidung; sie sind Zahlenwerte, mit denen Konstruktion und Produktnorm verglichen werden. Mechanische Prüfberichte sind daher meist Eingangsgröße für eine technische Entscheidung und nicht für eine Produktzulassung — Werkstoffauswahl, Sicherheitsfaktor, Lebensdauervorhersage.

Die Unterscheidung zwischen statischem und dynamischem Verhalten ist der Schlüssel zum Verständnis des Bereichs. Ein Bauteil kann unter statischer Last völlig unbelastet erscheinen und dennoch unter wiederholter Belastung brechen; der Ermüdungsbruch tritt bei Spannungen weit unter der Streckgrenze auf und gibt keine Vorwarnung. Bei rotierenden, schwingenden oder zyklisch belasteten Bauteilen ist eine Zugprüfung allein daher kein ausreichender Nachweis.

Die Prüfbedingungen bestimmen das Ergebnis, und dies ist entscheidend für die Lesbarkeit des Berichts: Probengeometrie, Belastungsgeschwindigkeit, Temperatur, Konditionierung und Einspannanordnung. Derselbe Werkstoff liefert unter unterschiedlichen Bedingungen unterschiedliche Werte. Bei Kunststoffen ist der Geschwindigkeitseffekt sehr ausgeprägt, bei Metallen der Temperatureffekt; bei Verbundwerkstoffen verändert die Probenausrichtung das Ergebnis vollständig.

Härte ist die am häufigsten missbrauchte Messgröße in diesem Bereich. Da sie schnell, nahezu zerstörungsfrei und kostengünstig ist, wird sie oft anstelle der Festigkeit verwendet. Umrechnungstabellen von Härte zu Festigkeit existieren, sind aber NÄHERUNGSWEISE und hängen von der Werkstoffgruppe ab; sie als einziges Beweismittel bei der Werkstoffabnahme zu verwenden, ist falsch.

Der Bereich der Bruchmechanik erfordert eine besondere Kompetenz. Messungen der Bruchzähigkeit und der Ermüdungsrisswachstumsrate ermöglichen es zu berechnen, wie lange eine rissbehaftete Struktur hält; sie sind die Grundlage schadenstoleranter Auslegung in Bereichen wie Druckgeräten, Flugzeugstrukturen und Rohrleitungen.

Methodengruppen in diesem Bereich

Statische Prüfungen
Zug, Druck, Biegung, Scherung und Torsion. Streckgrenze und Zugfestigkeit, Dehnung und Elastizitätsmodul werden ermittelt.
Kerbschlagprüfungen
Charpy- und Izod-Kerbschlagbiegeversuch; das Sprödbruch-Zäh-Übergangsverhalten des Werkstoffs wird temperaturabhängig ermittelt.
Härte
Brinell, Vickers, Rockwell, Shore und Mikrohärte. Wertvoll für die Tiefe der Oberflächenbehandlung und lokale Festigkeitsunterschiede.
Ermüdung
Kraft- und dehnungsgesteuerte axiale Ermüdung, Biegeermüdung; Wöhlerkurven (S-N) und Dauerfestigkeitsgrenze.
Kriechen und Spannungsrelaxation
Verhalten unter Langzeitbelastung bei hoher Temperatur; entscheidend für Werkstoffe von Kesseln, Turbinen und Druckgeräten.
Bruchmechanik
Ebene-Dehnung-Bruchzähigkeit, J-Integral, CTOD und Ermüdungsrisswachstumsrate.
Verschleiß und Reibung
Taber- und Drehtrommel-Abrasion, Reibungskoeffizientenmessungen.

Häufig verwechselt in diesem Bereich

Die Berechnung der Festigkeit aus der Härte ist näherungsweise; sie kann nicht als alleiniger Nachweis bei der Werkstoffabnahme verwendet werden.
Ausreichende statische Festigkeit belegt nicht die Ermüdungsfestigkeit; ein zyklisch belastetes Bauteil erfordert eine gesonderte Prüfung.
Wird die Prüfgeschwindigkeit und -temperatur nicht angegeben, ist das Ergebnis nicht vergleichbar — insbesondere bei Polymeren und Verbundwerkstoffen.
Ein Prüfkörper und das tatsächliche Bauteil liefern möglicherweise nicht denselben Wert; Formfließrichtung, Bindenähte und Unterschiede in der Oberflächenbehandlung wirken sich alle aus.
Ein für einen Verbundwerkstoff angegebener Festigkeitswert ist ohne Angabe der Probenorientierung bedeutungslos.
Die ASTM- und ISO-Gegenstücke messen dieselbe Größe, verwenden aber unterschiedliche Probengeometrien; die Ergebnisse gelten nicht als direkt gleichwertig.

Welche Entscheidungen diese Ergebnisse unterstützen

Konstruktionsverifikation und Werkstoffauswahl
Wareneingangskontrolle und Lieferantenfreigabe
Erfüllung der mechanischen Anforderungen der Produktnorm
Fehleranalyse, Lebensdauervorhersage und Schadenstoleranzberechnung
Verifizierung von Wärmebehandlungs- und Oberflächenbehandlungsprozessen

Häufige Fragen zu Thermomechanische Ermüdung

Nach welchem Standard ist Thermomechanische Ermüdung hergestellt?

Thermomechanische Ermüdung wird im Bereich ISO 12111 und ASTM E2368 ausgeführt. Die anzuwendenden Grenzwerte und Akzeptanzkriterien sind in der Produktnorm festgelegt; Die für Ihr Produkt gültige Version wird im Angebotsstadium schriftlich bestätigt.

Für welche Produkte gilt Thermomechanische Ermüdung?

Wird hauptsächlich auf Komponenten für Abgaskrümmer und Turbolader, Teile von Gasturbinenschaufeln und Brennkammern, Motorzylinderkopf und Hochtemperatur-Rohrverbindungen angewendet. Ob Ihr Produkt in den Geltungsbereich fällt, wird anhand der technischen Spezifikationen und des Verwendungszwecks festgestellt.

Unter welchen Bedingungen wird Thermomechanische Ermüdung durchgeführt?

Die bestimmenden Parameter sind: Temperaturzyklus — In der Spezifikation definierte untere und obere Temperatur sowie Heiz-/Kühlrate, Phasenbeziehung — Inphase oder außerphase (die Phase zwischen mechanischer Belastung und Temperatur) und Dehnungskontrolle — Gesamt- oder mechanisch spannungsgesteuert. Die vollständigen Bedingungen finden Sie im Abschnitt „Testbedingungen“ auf der Seite und variieren je nach Produktstandard.

Welche Art von Beispiel wird für Thermomechanische Ermüdung benötigt?

Hohle oder massive zylindrische Probe (für Temperaturgleichmäßigkeit), Befestigungspunkte für Thermoelemente müssen definiert werden und Die Qualität der Oberflächenbeschaffenheit muss dokumentiert werden. Die Anzahl der Proben richtet sich nach der Produktnorm und dem zu meldenden Umfang.

Wie lange dauert Thermomechanische Ermüdung?

Da die Zyklusdauer lang ist, kann eine einzelne Probe Tage dauern. Das gesamte Programm erstreckt sich über mehrere Wochen. Diese Dauer gehört zum Experiment selbst; Probenvorbereitung, Warteschlangen und Berichterstellung werden ebenfalls bewertet. Im Angebot finden Sie einen realistischen Zeitplan für Ihr Produkt.

Wie heißt das Thermomechanische Ermüdung-Ergebnis „angemessen“?