Kriechen (engl. „creep“) bezeichnet das zeitabhängige, langsame Verformen eines Materials unter konstanter Belastung, meist bei hohen Temperaturen. Dieser Prozess tritt insbesondere bei Metallen, Kunststoffen und anderen Werkstoffen auf, die über längere Zeit einer Belastung ausgesetzt sind. Auch bei geringen Spannungen, die weit unter der Zugfestigkeit des Materials liegen, kann das Kriechen auftreten und über Zeit zur plastischen Verformung oder sogar zum Versagen des Materials führen.

Phasen des Kriechens

Der Kriechprozess verläuft typischerweise in drei Phasen:

1. Primäres Kriechen: Das Material verformt sich zunächst relativ schnell, wobei sich die Kriechgeschwindigkeit allmählich verringert. Diese Phase ist durch eine Verfestigung des Materials gekennzeichnet, da es sich an die Belastung anpasst.
2. Sekundäres (stationäres) Kriechen: Die Kriechgeschwindigkeit stabilisiert sich auf einem nahezu konstanten Niveau. In dieser Phase treten keine wesentlichen Änderungen in der Struktur des Materials auf, und die Belastung bleibt konstant. Diese Phase kann bei manchen Materialien die längste Phase im Kriechprozess sein.
3. Tertiäres Kriechen: Die Kriechgeschwindigkeit nimmt rasch zu, was schließlich zum Versagen (Bruch) des Materials führen kann. Mikrorisse und Hohlräume bilden sich, was die Festigkeit des Materials stark reduziert und oft zum Bruch führt.

Einflussfaktoren auf das Kriechen

Das Kriechen wird von verschiedenen Faktoren beeinflusst:

• Temperatur: Bei höheren Temperaturen tritt Kriechen schneller und stärker auf. Ab etwa 30-40 % der Schmelztemperatur eines Materials (in Kelvin) wird Kriechen relevant.
• Belastung: Je höher die konstante Belastung, desto schneller und ausgeprägter das Kriechen.
• Materialeigenschaften: Verschiedene Werkstoffe zeigen unterschiedliche Kriechverhalten. Metalle wie Aluminium und Kupfer neigen zum Kriechen bei erhöhten Temperaturen, während einige Kunststoffe auch bei Raumtemperatur kriechen können.
• Zeit: Da das Kriechen ein zeitabhängiger Prozess ist, nimmt die plastische Verformung mit der Dauer der Belastung zu.

Auswirkungen und Bedeutung des Kriechens

Das Verständnis des Kriechverhaltens ist wichtig für Konstruktionen, die über lange Zeiträume hohen Temperaturen und konstanten Belastungen ausgesetzt sind. Beispiele hierfür sind:

• Gasturbinen und Dampfturbinen: Teile in Turbinen sind oft hohen Temperaturen und Spannungen ausgesetzt, weshalb das Kriechen eine große Rolle spielt.
• Kernkraftwerke: Materialien in Reaktoren müssen unter extremen Bedingungen kriechbeständig sein.
• Bau- und Infrastrukturprojekte: Brücken, Gebäude und Straßen müssen aus Materialien bestehen, die sich nicht signifikant verformen, wenn sie einer konstanten Belastung ausgesetzt sind.