R&D용 특별 솔루션

ZwickRoell은 다양한 기관과 협력하여 개발한 고객맞춤형 솔루션 이외에도 연구 부문에 특정한 표준 솔루션도 다양하게 제공합니다. 과학자들의 중요한 관심은 재료 물성시험기의 유연성입니다. 과학자들은 정기적으로 새로운 시험 요구사항에 직면하는데, 이들 요구사항은 최대한 기존에 보유하고 있는 기계들로 충족해야 합니다.

시스템 인터페이스는 특히 중요합니다. 새로운 센서를 자주 사용하는데, 이는 기계의 측정 신호와 함께 기록해야 합니다. 또한 기록된 데이터는 쉽게 처리할 수 있어야 합니다. 이 작업은 testXpert III에서 직접 처리하거나 데이터를 외부 평가 소프트웨어로 내보내 처리할 수 있습니다.

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1. 변형계 통합

측정 기술의 관점에서는 변형계를 이용하여 하중부터 변형, 변형률까지 모든 신호를 동시에 기록하는 것이 원칙입니다.

ZwickRoell은 변형계 연결에 두 가지 옵션을 제공합니다.

testControl 측정 및 제어 전자장치에 직접 연결

휘트스톤 브리지(Wheatstone bridge) 측정은 다양한 유형의 변형계(120Ω, 350Ω 등)를 시험 시스템에 연결하는 외부 연결 상자를 통해 이루어집니다. 해당 변형계는 4도체 및 6도체 기술을 이용하여 이 인터페이스 연결에 연결합니다. 온도 보상도 가능합니다. testControl 장착 방식에 따라 DMS 채널을 최대 4개까지 통합할 수 있습니다.

HBM 측정 증폭기를 통한 연결

특별한 동기화 메커니즘을 통해 HBM MGC+ 또는 QuantumX로 측정 지점의 수를 쉽게 늘릴 수 있습니다. 또한, 측정된 값을 시험기의 측정 신호와 동기화하여 기록할 수 있지만, 제어 목적으로는 사용할 수 없습니다.

2. testXpert III의 특별한 기능

ZwickRoell은 수년에 걸쳐 연구원들에게 특히 중요한 여러 기능을 testXpert III에 지속적으로 추가해 왔습니다. 다음은 그중 일부 기능입니다.

testXpert III 소프트웨어 상세정보

ZIMT

ZIMT(ZwickRoell Interpreter for Materials Testing)는 testXpert III 내부의 모든 시험 데이터와 기능에 접근하는 데 사용할 수 있는 유연한 프로그래밍 언어입니다. 자체 계산, 그래픽 표시, 매크로 함수를 생성하는 간단한 방법으로, 구문 강조 표시나 상황에 맞는 도움말 기능이 있는 통합 편집기가 포함되어 있습니다.

그래픽 시퀀스 편집기

연구 분야에서는 자유롭게 프로그래밍할 수 있는 시험 시퀀스가 필요한 경우가 많습니다. testXpert III 그래픽 시퀀스 편집기는 이러한 필요 사항을 충족하는 매우 포괄적인 툴입니다. 그래픽 인터페이스는 간단한 기능 블록을 이용하여 필요한 시험 시퀀스를 프로그래밍하는 것을 지원합니다.

동기화된 동영상 녹화

일반 비디오 카메라를 이용하여 시험을 녹화할 수 있습니다. 이 동영상 이미지는 이후에 시험기의 시험 데이터와 동기화됩니다. testXpert III에서 동영상을 재생하고 동기화된 시험 데이터를 동시에 강조 표시할 수 있습니다. 이 기능을 이용하면 강의실에 시험 데이터를 쉽게 가져올 수 있습니다. 고속 카메라나 열화상 카메라 같은 특수 카메라를 이용하여 전혀 다른 시험을 동시에 녹화할 수도 있습니다. 예를 들어, 계장화 펜듈럼 충격 시험기와 결합한 고속 카메라의 형태로 이 기술을 이용할 수 있습니다.

3. 고온 시험

이산화탄소 배출을 감축하는 핵심 방법은 열 엔진의 효율을 높이는 것입니다. 그러려면 연소실 온도를 높여야 하는데, 이를 위해서는 고온을 위한 새로운 재료와 요구사항이 요구됩니다.

극초임계압(Advanced Ultrasupercritical, A-USC) 발전소부터 신규 원자로까지 새로운 발전소 기술을 개발할 때 고온 특성을 확실하게 파악하는 것은 필수입니다. 이러한 경향은 고온에서 수행되는 시험의 수가 점점 더 많아진다는 것을 의미입니다.

ZwickRoell에는 이 문제를 전담하는 자체 역량 센터가 있습니다. 일반적으로 진공 또는 불활성기체 대기에서는 시험 온도가 1,200°C 이상까지 넘어갑니다. 고온 시험 수행에서 한 가지 난제는 변형/변형률을 직접 측정하는 일입니다.

ZwickRoell은 수년간 고온에 최적화된 laserXtens 신율계에 의존해 왔습니다. laserXtens 신율계는 접촉 없이 창을 통해 고온 퍼니스 내부의 시편 변형률을 측정합니다.

고온 인장 시험에서 변위 측정용 고온 용해로가 있는 laserXtens 2-120 HP/TZ

최대 +1,200°C의 시험을 위한 laserXtens가 장착되어 있는 고온 용해로

최대 +2,000°C의 시험을 위한 유도 가열

진공 환경에서 최대 +2,000°C의 고온 시험에 사용하는 진공 챔버 상세 보기

최대 +2,000°C의 시험용 진공 챔버

4. 크리프 시험 및 반복적 특성

순수한 고온 특성뿐 아니라 고온에서 측정해야 하는 기타 기계적 특성도 발전소 기술에서 중요합니다. 고온 저항성 외에도, 풍력 및 태양광 발전소의 공급이 요동치면서 많은 발전소가 작업 방식을 바꿔 재료에 특별한 요구사항이 생긴 것이 한 요인입니다.

많은 발전소는 짧은 간격으로 유연하게 다시 시동하고 중단할 수 있어야 합니다. 이렇게 해야 기계의 열 기계 피로(TMF)가 유발되어 시동하고 중단할 때마다 재료가 열적으로 팽창합니다. 20세기에 설계된 대부분의 발전소는 이 같은 응력을 고려하지 않았으므로 그에 따라 소급하여 재계산하고 변환해야 합니다.

모든 증기 발전소, 특히 최고 760°C의 온도와 최대 380bar의 증기 압력에서 가동하는 A-USC 발전소의 또 다른 문제는 재료 부식입니다. 재료가 반응하는 방식(이완 또는 지연)은 장기간 고온에서 일정한 변형률 또는 응력이 있을 때 관찰되며, 주기적으로 이루어집니다(크리프 피로).

5. 저주기 피로(LCF 시험)

저주기 피로 시험 동안에는 특정 온도(일반적으로 고온)에서 최소 소성 변형에 도달할 때까지 재료가 주기적으로 적재됩니다. 시편(재료)은 이런 종류의 하중에서 수천 번의 하중 변화만 견딥니다. 이러한 과정에서는 시험기 또는 기계 컨트롤러에 대한 요구가 특히 높습니다. 왜냐하면 탄성 변형에서 소성 변형으로 전환되는 동안 시편의 강성이 급격하게 변하므로 변형률이 일정한 속도로 증가하게 하려면 컨트롤러가 매우 빠르게 응답해야 하기 때문입니다.

6. 열 기계 피로(TMF)

ASTM E2368 및 ISO 12111에 따른 열기계 피로 (TMF) 시험은 재료의 열팽창으로 인한 기계적 하중을 시뮬레이션한 것입니다. 이는 발전소 (및 모든 열 엔진)가 시동되거나 중단될 때마다 발생합니다. 시동하는 동안에는 모든 부품의 온도가 실온에서 작동 온도로 올라가며, 재료의 팽창도 동반합니다. 이러한 팽창은 재료에 응력을 발생시키며, 이는 부품 손상을 방지하기 위해 정확하게 측정해야 합니다.

열 기계 피로에는 반복적인 시편 가열이 포함됩니다. 시험기는 동일 위상 또는 역 위상에서 기계적 변형률을 중첩시킵니다.

열기계 피로

7. 고주기 피로(HCF)

LCF 시험과 달리 고주기 피로 시험에서는 재료의 선형-탄성 범위에서만 하중 변화가 일어납니다. 핵심 응용 분야는 재료나 부품의 피로 한계 측정입니다. 피로 한계는 일반적으로 파손될 때까지 다양한 응력과 변형률 진폭이 시편에 적용되는 Woehler 곡선(s/n 곡선)을 이용하여 측정됩니다. Woehler 곡선은 일정한 진폭을 이용하여 측정되고, Gassner 곡선은 가변 진폭을 이용하여 측정됩니다.

이러한 특성 곡선은 다양한 온도에서도 측정할 수 있습니다.

8. 나노에서 매크로에 이르는 계장화 경도 범위

계장화 압흔 깊이 측정은 수년간 연구에 사용되어 왔습니다. 이는 매우 얇은 층이나 코팅의 기계적 특성을 측정하는 데 사용합니다. 하중 압흔 깊이 측정을 통해 경도(마르텐스)와 탄성 및 소성 특성을 측정할 수 있습니다.

코팅 성질을 측정한 경험에 따르면 압자(비커스 또는 베르코비치)가 코팅 두께의 10% 이상을 관통하지 못할 수 있습니다. ZwickRoell UNAT 시스템은 10nm ~ 30µm의 압흔 깊이에, ZHU/Zwicki 시스템은 6µm 이상의 압흔 깊이에 사용할 수 있습니다. 이는 ZwickRoell이 모든 나노, 마이크로, 매크로 경도 범위에 사용할 수 있는 솔루션을 갖추고 있다는 의미입니다.