Fließkurve mit Fließgrenze - Homepage WEE-Solve GmbH

Pastöse und cremige Proben, Dichtmassen, aber auch harte Festkörper wie Stahl besitzen eine sogenannte Fließgrenze. Bei diesen Proben gilt (vereinfacht): Erst wenn eine angelegte Schubspannung diese Fließgrenze überschreitet, beginnen solche Materialien zu fließen.

Fließkurven von Proben mit (A) bzw. ohne (B) Fließgrenze.

Am häufigsten bestimmt man Fließgrenzen, indem man in einer Fließkurve aus dem Fließbereich (also für Scherraten > 0) auf Scherrate 0 extrapoliert. Dazu müssen die Messdaten der Fließkurve mit einem mathematischen Regressionsmodell angepasst werden. Es gibt verschiedene Regressionsmodelle, z.B. Bingham, Casson und Herschel-Bulkley. Die verschiedenen Modelle liefern leider keine identischen Fließgrenzenwerte. Man sollte deshalb immer nur die gleiche Auswertung verwenden, damit sich die Ergebnisse an unterschiedlichen Proben vergleichen lassen.

Häufig ist es besser, die Fließgrenze durch Auswertung der Messdaten unterhalb der Fließgrenze zu ermitteln. Dafür ist es notwendig, auch bei kleinen Schubspannungen unterhalb t0 zu messen.
Unterhalb der Fließgrenze zeigen die Proben elastische Deformation und häufig ein Kriechverhalten mit sehr hohen Viskositäten. Zur Auswertung empfiehlt sich eine Auftragung des Logarithmus der Deformation gegen den Logarithmus der Schubspannung:

Fließgrenzenbestimmung durch Auswertung der elastischen Deformation unterhalb der Fließgrenze

Im Idealfall einer linear-elastischen Deformation ohne Kriechverhalten ist die Steigung unterhalb der Fließgrenze in der doppeltlogarithmischen Darstellung Eins. Sobald die Schubspannung die Fließgrenze überschreitet, steigt die Deformation überproportional an. Die Fließkurve zeigt sich damit als Knick in der Schubspannungskurve.

Genau genommen fließen viele Proben, die eine Fließgrenze zeigen, auch unterhalb von t0. Der Grund dafür ist das Kriechverhalten, das häufig unterhalb der Fließgrenze auftritt. Proben, bei denen der Übergang vom Kriechen zum eigentlichen Fließen allmählich verläuft, zeigen leider keinen scharfen Knick im log-g / log-t Diagramm. In solchen Fällen lässt sich die Fließgrenze besser durch die Auswertung eines Amplitudentests ermitteln.