Vysokoteplotní krípová zkouška do +1 500 °C
Případová studie
- Zákazník: Univerzita Otto von Guericke v Magdeburku
- Místo: Magdeburg, Německo
- Oblast: Výzkum a vzdělávání
- Případ: Stanovení charakteristických mechanických vlastností inovativních vysokoteplotních materiálů
únor 2026
Vývoj moderních vysokoteplotních materiálů je klíčovým prvkem technického pokroku v oblasti energetiky a leteckého inženýrství. Mechanické testování těchto materiálů však klade vysoké nároky na zkušební technologii a měřicí systémy. Při teplotách až do +1 500 °C mohou oxidace, teplotní gradienty a vlivy prostředí významně ovlivnit výsledky měření. Zavádění moderních konceptů současně vyžaduje použití velmi malých vzorků, nízkých rychlostí zkoušek a únavových či krípových zkoušek. S ohledem na tyto požadavky zamýšlela Katedra vysokoteplotních materiálů na Institutu pro materiály, technologie a mechaniku (IWTM) při Univerzitě Otto von Guericke v Magdeburku od roku 2019 pořízení vhodného zkušebního stroje.
Univerzita Otto von Guericke v Magdeburku
Univerzita Otto von Guericke v Magdeburku (OVGU) je veřejná univerzita v Sasku-Anhaltsku v Německu, která byla založená v roce 1993 sloučením několika vysokých škol. Pokrývá širokou nabídku vzdělání a výzkumu v oborech inženýrství, přírodní vědy, medicína, ekonomie a humanitní vědy.
Katedra vysokoteplotních materiálů je v rámci struktury univerzity součástí Institutu pro materiály, technologie a mechaniku (IWTM). Pracovní skupina této specializované výzkumné jednotky se zaměřuje na výzkum, vývoj, charakterizaci a hodnocení materiálů používaných v náročných provozních podmínkách. Důraz klade na mechanické a termomechanické zkoušky při vysokých teplotách.
V laboratořích je k dispozici moderní zkušební infrastruktura, která umožňuje provádět komplexní metody pro stanovení charakteristických vlastností kovových a intermetalických materiálů i kompozitů. Významnou část výzkumu tvoří nové vysokoteplotní materiály, například na bázi žáruvzdorných kovů, a stanovení jejich mechanických vlastností při teplotách až do +1 500 °C.
Experimentální práce jsou doplněny analytikou, modelováním a simulacemi. Díky tomu univerzita nabízí odborné výzkumné a zkušební služby a příležitosti spolupráce pro průmysl a akademický výzkum.
Požadavky na zkušební techniku
Katedra vysokoteplotních materiálů na Institutu pro materiály, technologie a mechaniku (IWTM) při Univerzitě Otto von Guericke v Magdeburku se zaměřuje na materiály používané v náročných provozních podmínkách, zejména v energetickém a vysokoteplotním průmyslu. Pro experimentální základní výzkum bylo zapotřebí mít k dispozici zkušební systém, který bude umožňovat provádět zkoušky za různých časových a teplotních podmínek v kontrolovaném atmosférickém prostředí – a to spolehlivě, reprodukovatelně a v souladu s normami.
Od založení katedry v říjnu 2019 se plánovalo pořízení nového stroje pro krípové zkoušky při vysokých teplotách až do +1 500 °C.
Cílem bylo pořízení systému pro zkoušky tahem, tlakem, ohybem i krípové při teplotách až do +1 500 °C. Kromě velkého teplotního rozsahu bylo nutné zajistit stabilní řízení síly a deformace při velmi nízkých rychlostech a přesné měření deformace u malých vzorků.
Další požadavek zněl, aby byly zkoušky prováděny v souladu s normami, což zajistí srovnatelnost s mezinárodními výsledky výzkumu a průmyslovými standardy. Zařízení mělo umožňovat provádění zkoušek ve vysokém vakuu i v ochranné atmosféře, kde je minimalizován vliv oxidace a okolního prostředí.
Řešení ZwickRoell
Katedra se rozhodla pořídit elektromechanický zkušební stroj Kappa 100 SS‑CF s integrovanou vysokoteplotní vakuovou komorou, který výše uvedené požadavky splňuje. Tento systém byl speciálně navržen pro studium chování materiálů v závislosti na čase, teplotě a zatížení. Hodí se jak pro výzkumné účely, tak pro kontrolu kvality.
Stroj Kappa 100 SS‑CF disponuje vysoce tuhým čtyřsloupovým rámem s pohonem bez vůle s centrálním vřetenem. To zaručuje precizní axiální působení síly a minimalizuje vlivy, které by mohly negativně působit na vzorek. Maximální jmenovitá síla systému činí 100 kN. Pro měření s vysokým rozlišením se ve vakuové komoře používá snímač síly o kapacitě 50 kN, čímž se minimalizují vlivy tření a teploty na přesnost měření.
Klíčovým článkem systému je integrovaná vysokoteplotní vakuová komora s wolframovými topnými prvky. Použitá třízónová pec umožňuje testovat vzorky při teplotách až +1 500 °C a zajišťuje rovnoměrné rozložení teploty vzorku. Zkoušky je možné provádět ve vysokém vakuu i v ochranné atmosféře, kde je minimalizován vliv oxidace a okolního prostředí.
Přesné měření v extrémních podmínkách
Optické průtahoměry se používají pro bezkontaktní snímání deformace vzorku. laserXtens 1-32 HP/TZ umožňuje vysoce přesné měření nejmenších deformací při počátečních měřených délkách od 1,5 do 25 mm a splňuje třídu přesnosti 0,5 podle normy EN ISO 9513 – bez nutnosti použití měřicích značek.
Díky tomu, že nedochází k žádnému mechanickému kontaktu se vzorkem zůstává materiál neovlivněný i při vysokých teplotách. To je výhodné zejména u křehkých nebo velmi malých vzorků. Při omezeném odrazu laseru nebo u dlouhodobých krípových zkoušek lze alternativně využít integrovanou funkci videoXtens HP/TZ. Značení vzorků, které tato metoda vyžaduje, však omezuje maximální teplotu zkoušek na +1 400 °C.
Modulární měřicí a řídicí elektronika zařízení Kappa 100 SS‑CF umožňuje provádět zkoušky s vysoce stabilním řízením síly a deformace. Systém spolehlivě zajišťuje i velmi nízké rychlosti zkoušení v řádu µm/h.
Zkoušky v souladu s normami
Na Katedře vysokoteplotních materiálů se na tomto systému provádějí zkoušky tahem, tlakem a ohybem při teplotách až +1 500 °C. Krípové zkoušky probíhají v souladu s normami ISO 204 a ASTM E139. Měření síly odpovídá normě ISO 7500‑1. To zajišťuje vysokou srovnatelnost výsledků s mezinárodními standardy pro výzkum a průmysl.
„Stroj Kappa 100 SS‑CF je klíčovým prvkem pro naše aktivity ve výzkumu a vývoji nových vysokoteplotních materiálů. Stanovení charakteristických vlastností materiálů při teplotách zkoušek až do 1 500 °C v ochranné atmosféře nebo ve vakuu nám umožňuje lépe porozumět mechanismům deformace zavedených i inovativních materiálů při extrémním namáhání v takovém teplotním rozsahu, ve kterém se běžně používají.“
Prof. Georg Hasemann, Univerzita Otto von Guericke v Magdeburku
Výsledky a přínosy
Díky systému Kappa 100 SS‑CF se na Katedře vysokoteplotních materiálů zásadně rozšířily možnosti zkoušení materiálů. Tento stroj kombinuje vysokou teplotní odolnost s precizním měřením síly a deformace. Umožňuje provádět náročné vysokoteplotní zkoušky v souladu s mezinárodními normami. Výsledkem je výkonná a flexibilní platforma pro stanovení charakteristických mechanických vlastností moderních vysokoteplotních materiálů. Katedra se tak aktivně podílí na vývoji nových materiálů pro energetiku, letectví a kosmonautiku.
Díky reprodukovatelné simulaci reálných provozních podmínek je možné důkladně analyzovat vztahy mezi mikrostrukturou a vlastnostmi materiálů, na základě kterých lze spolehlivě stanovit mechanické parametry. Zařízení pro krípové zkoušky zároveň posiluje pozici Univerzity Otto von Guericke v Magdeburku jako kompetentního partnera v oblasti průmyslu a výzkumu. Získané výsledky lze přímo využít v průmyslových aplikacích, například při navrhování součástí, které mají být vystaveny vysokým teplotám, nebo při ověřování nových materiálových koncepcí.
