Prova di creep ad alta temperatura fino a +1.500°C
Case Study
- Cliente:Università Otto von Guericke di Magdeburgo
- Luogo: Magdeburgo, Germania
- Settore industriale:Istituti di ricerca e istruzione
- Topic:Caratterizzazione meccanica di materiali innovativi resistenti alle alte temperature
Febbraio 2026
Lo sviluppo dei moderni materiali resistenti alle alte temperature è un elemento fondamentale del progresso tecnico nei settori dell'ingegneria energetica e aerospaziale. Le prove meccaniche sui materiali resistenti alle alte temperature pongono requisiti elevati alla tecnologia di prova e ai sistemi di misurazione. A temperature fino a +1.500°C, l'ossidazione, i gradienti di temperatura e gli influssi ambientali possono influire in modo significativo sui risultati delle misurazioni. Allo stesso tempo, l'applicazione di concetti moderni relativi ai materiali richiede spesso provini dalle geometrie molto ridotte, velocità di prova molto basse e prove di fatica e di creep. In quest'ottica, la facoltà di materiali ad alte temperature presso l'Istituto per i materiali, le tecnologie e la meccanica (Institute for Materials, Technologies and Mechanics - IWTM) dell'Università Otto von Guericke di Magdeburgo sta progettando, fin dal 2019, l'acquisto di una macchina di prova dei materiali adeguata.
Università Otto von Guericke di Magdeburgo
L’Università Otto von Guericke di Magdeburgo (OVGU) è un'università pubblica situata nella Sassonia-Anhalt, in Germania, fondata nel 1993 dalla fusione di diverse università. Comprende un ampio ventaglio di attività didattiche e di ricerca nei settori dell'ingegneria, delle scienze naturali, della medicina, dell'economia e delle scienze umane.
La facoltà di Materiali ad alte temperature è situata all’interno di questa struttura presso l’Istituto per i materiali, le tecnologie e la meccanica (Institute for Materials, Technologies and Mechanics - IWTM). In qualità di unità di ricerca specializzata, il gruppo di lavoro si occupa della ricerca, dello sviluppo, della caratterizzazione e della valutazione di materiali destinati ad applicazioni complesse. Un punto centrale è costituito dalle prove meccaniche e termomeccaniche a temperature elevate.
I laboratori offrono un'infrastruttura completa per le prove e metodi moderni per la caratterizzazione di materiali metallici e intermetallici, nonché di materiali compositi. Uno dei principali ambiti di ricerca è lo studio di materiali innovativi resistenti alle alte temperature, come quelli a base di metalli refrattari, e la determinazione delle loro caratteristiche meccaniche a temperature fino a +1.500°C.
Il lavoro sperimentale è integrato da attività di analisi, modellizzazione e simulazione. Su questa base, l’OVGU offre servizi di ricerca e sperimentazione di alto livello, oltre a opportunità di collaborazione tra settori industriali e ricerca.
I requisiti per la tecnologia di prova
La facoltà di materiali ad alte temperature presso l'Istituto per i materiali, le tecnologie e la meccanica (IWTM) dell'Università Otto von Guericke di Magdeburgo si occupa dello studio di materiali destinati ad applicazioni complesse, in particolare nel settore energetico e nel campo delle alte temperature. Pertanto, per la ricerca sperimentale di base, era necessario un sistema di prova che consentisse di effettuare prove in funzione del tempo e della temperatura in condizioni atmosferiche controllate, in modo affidabile, riproducibile e conforme alle normative.
Dall'istituzione della cattedra di Materiali ad alta temperatura nell'ottobre 2019, è stato previsto l'acquisto di una nuova macchina per prove di creep destinata alla prova di materiali ad alta temperatura fino a +1.500°C.
L'obiettivo era quello di sviluppare un sistema di prova per prove di trazione, compressione e flessione, nonché per le prove di creep, a temperature fino a +1.500°C. Oltre a un ampio intervallo di temperature, erano richiesti un controllo stabile della forza e della deformazione a velocità di deformazione molto basse, nonché una misurazione precisa della deformazione su provini di piccole dimensioni.
Inoltre, le prove devono essere eseguite nel rispetto delle normative vigenti, al fine di garantire la riproducibilità rispetto ai risultati della ricerca internazionale e alle normative di prova industriali. Il sistema deve consentire di effettuare le prove sia in condizioni di alto vuoto che in ambienti con gas inerte, al fine di ridurre al minimo l'ossidazione e gli effetti ambientali.
La soluzione ZwickRoell
Per soddisfare tali requisiti, la cattedra ha scelto la macchina per prove di creep elettromeccanica Kappa 100 SS-CF, dotata di camera a vuoto per alte temperature integrata. Il sistema è stato progettato specificamente per studiare il comportamento dei materiali al variare del tempo, della temperatura e del carico, ed è adatto sia alla ricerca che alle task di prova di controllo qualità.
La macchina Kappa 100 SS-CF è dotata di un telaio di prova a quattro colonne altamente rigido con vite a ricircolo di sfere centrale priva di gioco. Questo design garantisce un'applicazione precisa della forza assiale e riduce al minimo l'interferenza con il provino. La forza nominale massima del sistema è di 100 kN. Tuttavia, per le misurazioni ad alta risoluzione, viene utilizzata una cella di carico da 50 kN direttamente nella camera a vuoto, il che riduce l'influenza dell'attrito e della temperatura sulla misurazione della forza.
Un elemento fondamentale del sistema è la camera a vuoto per alte temperature integrata, dotata di elementi riscaldanti in tungsteno. Il forno a 3 zone consente di effettuare prove a temperature fino a +1.500°C e garantisce una distribuzione uniforme della temperatura nell'area del provino. Le prove possono essere sia in condizioni di alto vuoto e con gas inerte, al fine di ridurre al minimo l'ossidazione e gli effetti ambientali.
Misurazioni accurate in condizioni estreme
Un estensimetro ottico viene utilizzato per rilevare la deformazione del provino senza contatto. laserXtens 1-32 HP/TZ consente di misurare con elevata risoluzione anche gli allungamenti più minimi, con basi di misura iniziali comprese tra 1,5 e 25 mm. Soddisfa il grado di accuratezza 0,5 secondo la normativa EN ISO 9513, senza necessità di applicare segni di marcatura sul provino.
Poiché non vi è alcun contatto meccanico con il provino, il materiale rimane inalterato anche a temperature elevate. Ciò risulta particolarmente vantaggioso nel caso di materiali fragili o di provini di dimensioni molto ridotte. Se la riflessione del laser è limitata o durante le prove di creep a lungo termine, la funzionalità integrata di videoXtens HP/TZ può essere usata in alternativa. Tuttavia, la marcatura del provino necessaria limita la prova a una temperatura massima di +1.400°C.
L'elettronica di misura e controllo modulare della macchina Kappa 100 SS-CF consente di eseguire prove con controllo in forza e deformazione con un'elevata stabilità di controllo. È possibile raggiungere in modo affidabile anche velocità di prova molto basse, dell'ordine dei µm/ora.
Prove conformi
Presso la cattedra di materiali ad alte temperature, la struttura viene utilizzata per eseguire prove di trazione, flessione e compressione a temperature fino a +1.500°C. Le prove di creep sono eseguite in accordo alle normative ISO 204 e ASTM E139. La misurazione della forza viene progettata secondo DIN EN ISO 7500-1. Ciò garantisce un elevato grado di riproducibilità dei risultati delle prove in linea con le normative internazionali nel campo della ricerca e dell'industria.
"La macchina Kappa 100 SS-CF è diventata un elemento fondamentale nella ricerca e nello sviluppo di nuovi materiali resistenti alle alte temperature. "La caratterizzazione dei materiali a temperature di prova fino a 1.500°C, sia in atmosfera inerte che sotto vuoto, ci consente di comprendere più a fondo i meccanismi di deformazione sia dei materiali consolidati che di quelli innovativi in condizioni di carico estreme, nel range di temperatura rilevante per l’applicazione".
Prof. Georg Hasemann, Università Otto von Guericke di Magdeburgo
Risultati e vantaggi
L'installazione della macchina Kappa 100 SS-CF ha ampliato notevolmente le capacità di analisi dei materiali della cattedra dei Materiali ad alta temperatura. Il sistema combina la resistenza alle alte temperature con una misurazione precisa della forza e della deformazione, consentendo l'esecuzione, nel rispetto delle normative, di prove ad alta temperatura particolarmente impegnative. Ciò offre una piattaforma potente e a prova di futuro per la caratterizzazione meccanica dei moderni materiali resistenti alle alte temperature. La cattedra contribuisce quindi allo sviluppo di nuovi materiali per il settore energetico e la tecnologia aerospaziale.
Grazie a simulazioni riproducibili delle condizioni reali, è possibile analizzare in modo approfondito le relazioni tra microstruttura e proprietà e determinare con affidabilità le proprietà meccaniche. L'impianto per le prove di creep rafforza inoltre il ruolo dell'Università Otto von Guericke di Magdeburgo come partner competente per l'industria e la ricerca. I risultati delle prove ottenuti sono direttamente applicabili alle applicazioni industriali, come la progettazione di componenti esposti ad alte temperature o la qualificazione di nuovi concetti di materiali.
