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Soluzioni speciali per ricerca e sviluppo

Oltre alle soluzioni customizzate sviluppate in collaborazione tra ZwickRoell e altre istituzioni, ZwickRoell offre anche molte soluzioni specifiche applicabili alla ricerca. Per i ricercatori, un requisito fondamentale in una macchina di prova è la flessibilità. Le sfide della ricerca evolvono costantemente, e i nuovi requisiti sperimentali vanno rispettati, se possibile, con le apparecchiature già a disposizione.

Le interfacce dei sistemi hanno particolare importanza. Da una parte, spesso vengono utilizzati nuovi sensori, i quali devono essere registrati insieme ai segnali di misurazione della macchina. Dall’altra, deve essere possibile processare con facilità i dati registrati. Tutto ciò può essere ottenuto direttamente tramite testXpert III o esportando i dati di un software di valutazione esterna.

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1. Integrazione strain gage

Dal punto di vista della tecnologia di misurazione, è necessario che tutti i segnali siano registrati contemporaneamente con uno strain gage – dalla forza, alla deformazione, alla fatica.

ZwickRoell offre due opzioni di connessione per collegare gli strain gage. 

Connessione diretta all’elettronica di misura e controllo testControl
Connessione via amplificatore di misura HBM

Connessione diretta all’elettronica di misura e controllo testControl

Il dispositivo ponte di Wheatstone è realizzato attraverso una scatola di connessione esterna, che connette alla macchina di prova diversi tipi di strain gage (120Ω, 350Ω ecc.). Uno strain gage esterno può essere collegato a questa interfaccia di connessione per mezzo di una tecnologia a 4 e 6 conduttori. È anche possibile compensare la temperatura. Possono essere integrati fino a 4 canali DMD, a seconda di come è allestito testControl.

Connessione via amplificatore di misura HBM

Uno speciale meccanismo di sincronizzazione permette di aumentare facilmente il numero dei punti di misura con un sistema HBM, MGC+ o QuantumX. I valori misurati sono anche registrati in sincronizzazione con il segnale di misurazione della macchina di prova, in ogni caso non possono essere usati per finalità di controllo.

2. testXpert III – funzioni speciali

Negli anni, ZwickRoell ha costantemente implementato nuove funzioni su testXpert III, particolarmente importanti per i ricercatori. Di seguito ve ne presentiamo alcune. 

Scopri di più su testXpert III

3. Prove ad alta temperatura

Uno degli step chiave nella riduzione della produzione di CO2 è l’efficienza energetica dei motori termici. In quest’ottica, la temperatura all’interno della camera di combustione deve aumentare, e ciò richiede nuovi materiali con nuovi requisiti di resistenza alle alte temperature.

Nello sviluppo di nuove tecnologie per centrali elettriche – dalle centrali A-USC (Advanced Ultrasupercritical) ai nuovi reattori nucleari – è essenziale avere una comprensione totale di come cambia il comportamento dei materiali ad alte temperature. Questa tendenza porta quindi a un sempre maggiore numero di test ad alte temperature. 

In ZwickRoell questi temi vengono affrontati da un centro di competenza dedicato. In genere le temperature di test raggiungono i 1.200 °C, arrivando a superarli in atmosfera a vuoto o a gas inerti. Una delle principali sfide nelle prove ad alte temperature è la misurazione diretta della deformazione.

Ormai da anni ZwickRoell affida la soluzione al suo laserXtens, estensimetro ottimizzato per alte temperature. Grazie alla presenza di una finestra, laserXtens può misurare senza contatto la deformazione del provino all’interno del forno ad alta temperatura.

4. Prove di creep e caratterizzazione ciclica

Oltre alle caratteristiche legate puramente alla temperatura, esistono altre proprietà meccaniche, vitali nella tecnologia delle centrali, che necessitano di misurazioni ad alte temperature. Oltre alla resistenza ad alta temperatura, il cambiamento di modalità operativa di molte centrali elettriche causato da un approvvigionamento variabile di energia eolica e solare è un fattore cruciale che pone requisiti speciali sui materiali.

Molte centrali elettriche devono poter essere accese e spente in modo flessibile in intervalli brevi. Ciò porta alla fatica termomeccanica del materiale (TMF), in cui il materiale si espande termicamente a ogni avvio e sospensione. La maggior parte degli impianti del ventesimo secolo non furono progettati per tali sollecitazioni, a posteriori devono quindi essere riprogettati e convertiti conformemente.

Un altro tema che interessa tutte le centrali a vapore, e specificamente le centrali ultra supercritiche avanzate A-USC che operano a temperature sino a 760 °C e pressione di vapore sino a 380 bar, è la corrosione dei materiali. Il modo in cui il materiale reagisce (rilassamento o ritardo) è osservato a trazione o compressione a carico costante in un arco temporale ampio a temperature elevate. Ciò viene verificato anche ciclicamente (prova di creep a fatica).

5. Test di fatica a basso numero di cicli (LCF)

Durante un test di fatica a basso numero di cicli, il materiale è sollecitato ciclicamente a una temperatura specifica (solitamente una temperatura aumentata) fino a che raggiunge la deformazione plastica minima. La prova prevede che il provino sia sottoposto ad alcune migliaia di cicli. Durante questo processo, le richieste poste alla macchina di prova o all'unità di controllo sono particolarmente elevate perché, durante la transizione dalla deformazione elastica a quella plastica, la rigidità del provino cambia drasticamente e quindi l'unità di controllo deve rispondere molto velocemente per garantire un tasso costante di aumento della tensione. 

6. Fatica Termomeccanica (TMF)

La fatica termomeccanica (TMF) è la simulazione di carichi meccanici come risultato dell'espansione termica del materiale. Ciò accade ogni volta che una centrale elettrica (ma anche qualsiasi motore termico) viene avviata o spenta. Durante l'avvio, la temperatura di tutti componenti subisce un innalzamento fino al raggiungimento della temperatura di funzionamento, accompagnato da un'espansione del materiale. Questa espansione crea una tensione nel materiale che deve essere determinata accuratamente per prevenire il danneggiamento dei componenti. 

La fatica termomeccanica richiede il riscaldamento ciclico di un provino; la macchina di prova impone una tensione nella stessa fase o in quella inversa. 

7. Fatica ad alto numero di cicli (HCF)

Contrariamente a una prova LCF, in una prova HCF il cambiamento di carico è condotto solo nel range lineare-elastico del materiale. Un'applicazione chiave è la determinazione del limite di fatica di un materiale o componente. Il limite di fatica solitamente è determinato tramite curve di Wöhler (curva S/N). Al provino vengono applicati carichi o deformazioni cicliche fino a rottura. La curva di Wöhler è determinata usando ampiezze costanti; la curva di Gassner è determinata usando ampiezze variabili.

Queste curve caratteristiche sono determinante anche a diverse temperature.

8. La durezza strumentata varia dal nano al macro range

La misurazione della profondità di indentazione strumentata viene usata nella ricerca da diversi anni. È usata per determinare le caratteristiche meccaniche di strati molto sottili o rivestimenti. La misurazione della forza della profondità di indentazione strumentata può determinare la durezza (Martens) e le caratteristiche elastiche e plastiche.

Come regola generale per determinare le proprietà dei rivestimenti, il penetratore (Vicker o Berkowitch) non dovrebbe penetrare più del 10% dello spessore del rivestimento. Il sistema ZwickRoell UNAT può essere usato per profondità di indentazione tra 10 nm e 30 µm, il sistema ZHU/Zwicki System per profondità di indentazione sopra i 6 µm. Ciò significa che ZwickRoell ha una soluzione per tutti i range di durezza nano, micro e macro.

Cerchiamo e troviamo la soluzione di prova più adatta alle tue esigenze.

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