Ensayo de resistencia a fluencia a alta temperatura hasta +1.500 °C
Testimonio
- Cliente:Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
- Origen: Magdeburgo, Alemania
- Sector:Institutos y academia
- Tema:Caracterización mecánica de nuevos materiales resistentes a altas temperaturas
Febrero de 2026
El desarrollo de materiales modernos para alta temperatura constituye un elemento clave para el avance tecnológico en la tecnología energética, aeronáutica y aeroespacial. El ensayo mecánico de materiales para aplicaciones a alta temperatura plantea grandes exigencias a la tecnología de ensayo y a los sistemas de medición. A temperaturas de hasta +1.500 °C, la oxidación, los gradientes de temperatura y las influencias del entorno pueden afectar considerablemente a los resultados de medición. Al mismo tiempo, la aplicación de conceptos modernos de materiales exige con frecuencia geometrías de probeta muy pequeñas, velocidades de ensayo muy bajas, así como ensayos de resistencia a fluencia de larga duración. En este contexto, la cátedra de Materiales resistentes a alta temperatura del Instituto de materiales, tecnologías y mecánica (IWTM) de la universidad de Magdeburgo, Otto-von-Guericke, planificó desde 2019 la adquisición de una máquina de ensayos adecuada.
Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
La Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg (OVGU) es una universidad pública de Sajonia-Anhalt que surgió en 1993 de la fusión de varios centros de enseñanza superior. Ofrece una amplia labor docente e investigadora en ingeniería, ciencias naturales, medicina, economía y humanidades.
Dentro de esta estructura se integra la cátedra de materiales resistentes a alta temperatura en el Instituto de materiales, tecnologías y mecánica (IWTM). Como unidad de investigación especializada, este grupo de trabajo se dedica a la investigación, el desarrollo, la caracterización y la evaluación de materiales destinados a condiciones de servicio exigentes. Uno de sus ejes principales es el ensayo mecánico y termomecánico a temperaturas elevadas.
Sus laboratorios cuentan con una amplia infraestructura de ensayo y métodos modernos para la caracterización de materiales metálicos e intermetálicos, así como de materiales compuestos. Una de sus principales líneas de investigación la constituye el estudio de nuevos materiales para aplicaciones a alta temperatura, por ejemplo aquellos basados en metales refractarios, así como la determinación de sus propiedades mecánicas a temperaturas de hasta +1.500 °C.
Los trabajos experimentales se complementan con actividades de análisis, modelización y simulación. Sobre esta base, la OVGU ofrece sólidos servicios de investigación y ensayo, y brinda oportunidades de cooperación para la industria y la investigación.
Requisitos de la tecnología de ensayo
La cátedra de materiales para aplicaciones a alta temperatura del Instituto de materiales, tecnologías y mecánica (IWTM) de la Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg investiga materiales para condiciones de servicio exigentes, especialmente en el ámbito de la energía y de las altas temperaturas. Para la investigación básica experimental existía, por tanto, la necesidad de un sistema de ensayos que permitiera realizar ensayos en función del tiempo y de la temperatura en atmósferas controladas, ‒fiables, reproducibles y normalizados.
Desde la creación de la cátedra de materiales para aplicaciones a alta temperatura en octubre de 2019, se planificó por ello la adquisición de una nueva máquina de ensayos de resistencia a fluencia de larga duración para ensayos de materiales para altas temperaturas de hasta +1.500 °C.
El objetivo era disponer de un sistema para ensayos de tracción, compresión y flexión, así como ensayos de resistencia a fluencia y ensayos de fluencia a temperaturas de hasta +1.500 °C. Además de un amplio rango de temperatura, se requerían un control estable de fuerza y deformación a velocidades de deformación muy bajas, así como una medición precisa de la deformación en probetas pequeñas.
Asimismo, los ensayos debían realizarse de conformidad con las normas pertinentes para garantizar la comparabilidad con resultados de investigación internacionales y con estándares industriales de ensayo. El equipo debía permitir realizar ensayos tanto en alto vacío como en atmósfera protectora, con el fin de minimizar de forma selectiva la oxidación y las influencias del entorno.
La solución ZwickRoell
Para cumplir estos requisitos, la cátedra optó por la máquina electromecánica de ensayos de resistencia a fluencia Kappa 100 SS-CF con cámara de vacío de alta temperatura integrada. El sistema está especialmente diseñado para investigar el comportamiento de los materiales en función del tiempo, la temperatura y la carga, y es apto tanto para tareas de investigación como para ensayos relevantes para el aseguramiento de la calidad.
La Kappa 100 SS-CF dispone de un bastidor de ensayo de cuatro columnas de alta rigidez con accionamiento central por husillo sin holgura. Esta construcción garantiza una aplicación de carga totalmente axial y minimiza cualquier interferencia en la probeta. La fuerza nominal máxima del sistema es de 100 kN. No obstante, para mediciones de alta resolución se utiliza una célula de carga de 50 kN directamente en la cámara de vacío, lo que reduce las influencias de fricción y temperatura sobre la medición de fuerza.
Un elemento central de la instalación es la cámara de vacío de alta temperatura integrada con elementos calefactores de tungsteno. El horno de 3 zonas utilizado permite realizar ensayos de hasta +1.500 °C en la probeta y garantiza una distribución homogénea de la temperatura en la zona de ensayo. Los ensayos pueden realizarse tanto en alto vacío como en atmósfera de gas inerte, lo que permite minimizar de forma selectiva la oxidación y las influencias del entorno.
Medición precisa en condiciones extremas
Para el registro sin contacto de la deformación de la probeta se utiliza un extensómetro óptico. El laserXtens 1-32 HP/TZ permite la medición de alta resolución de deformaciones muy pequeñas con longitudes iniciales de medición de 1,5 a 25 mm y cumple la clase de precisión 0,5 según EN ISO 9513, sin necesidad de aplicar marcas de medición sobre la probeta.
Al no existir contacto mecánico con la probeta, el material permanece inalterado incluso a altas temperaturas. Esto supone una ventaja especialmente en materiales frágiles o en probetas muy pequeñas. En caso de reflexión láser limitada o en ensayos de resistencia a fluencia de larga duración, puede utilizarse alternativamente la funcionalidad integrada del videoXtens HP/TZ. Sin embargo, el marcado necesario de las probetas implica que solo se pueden realizar ensayos con una temperatura máxima de +1400 °C en la probeta.
La electrónica modular de medición, mando y control de la Kappa 100 SS-CF permite realizar ensayos controlados por fuerza y deformación con una elevada estabilidad de control. También pueden alcanzarse de forma fiable velocidades de ensayo muy bajas en el rango de µm/h.
Ensayos conformes a norma
En la cátedra de materiales para aplicaciones a alta temperatura, con este equipo se realizan ensayos de tracción, compresión y flexión a temperaturas de hasta +1.500 °C, entre otros. Los ensayos de resistencia a fluencia y los ensayos de fluencia se llevan a cabo conforme a norma según ISO 204 y ASTM E139. La medición de fuerza está diseñada conforme a DIN EN ISO 7500-1. Esto garantiza una elevada comparabilidad de los resultados de ensayo con estándares internacionales de investigación e industriales.
«La Kappa 100 SS-CF se ha convertido en un elemento central para la investigación y el desarrollo de nuevos materiales para alta temperatura. La caracterización de materiales a temperaturas de ensayo de hasta 1.500 °C en atmósfera protectora o en vacío nos permite comprender en mayor profundidad los mecanismos de deformación de materiales consolidados y novedosos sometidos a solicitaciones extremas dentro del rango de temperatura relevante para la aplicación.»
Dr.-Ing. Georg Hasemann, Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
Resultado y ventajas
Con la puesta en marcha de la Kappa 100 SS-CF, se ampliaron de forma específica las capacidades de ensayo de la cátedra de materiales para aplicaciones a alta temperatura. El equipo combina una elevada resistencia térmica con una medición precisa de fuerza y deformación, y permite realizar ensayos exigentes a alta temperatura conforme a norma. De este modo, se dispone de una plataforma potente y preparada para el futuro para la caracterización mecánica de materiales modernos para alta temperatura. Con ello, la cátedra contribuye al desarrollo de nuevos materiales para los sectores de la energía y de la aeronáutica y aeroespacial.
Mediante la simulación reproducible de condiciones de uso reales, pueden analizarse en profundidad las relaciones entre las propiedades y la microestructura y, además, determinarse parámetros mecánicos sólidos y fiables. El equipo de ensayos de resistencia a fluencia de larga duración refuerza además la posición de la Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg como socio competente para la industria y la investigación. Los resultados de ensayo obtenidos son directamente aplicables a cuestiones industriales, por ejemplo en el dimensionamiento de componentes sometidos a altas temperaturas o en la cualificación de nuevos conceptos de materiales.
