Speciale oplossingen voor onderzoek en ontwikkeling
Naast oplossingen op maat ontwikkeld door ZwickRoell in samenwerking met verschillende instituten, levert ZwickRoell ook vele gestandaardiseerde oplossingen voor specifieke onderzoekstoepassingen. Voor wetenschappers is de flexibiliteit van een materiaaltestmachine uiterst belangrijk. Zij komen op regelmatige basis nieuwe uitdagende tests tegen, en deze uitdagingen moeten indien mogelijk worden aangepakt met hun bestaand machinepark.
Aansluitingen zijn van uitzonderlijk belang. Enerzijds worden vaak nieuwe sensoren gebruikt, die worden uitgelezen samen met de meetsignalen van de machine. Anderzijds moet het mogelijk zijn de geregistreerde data makkelijk te verwerken. Dit kan rechtstreeks in testXpert III of door de data naar externe verwerkingssoftware te exporteren.
ZIMT
Grafische blokprogrammatie
Gesynchroniseerde video
3. Tests bij hoge temperatuur
Een belangrijk aspect in de reductie van CO2 uitstoot is verbeteren van de efficiëntie van verbrandingsmotoren. Hiervoor moet de temperatuur in de verbrandingskamer stijgen, en heeft men nieuwe materialen nodig die beter bestand zijn tegen hoge temperaturen.
Ook bij de ontwikkeling van energiecentrales - van A-USC (Advanced Ultrasupercritical) naar nieuwe nucleaire reactoren - is een goed begrip van materiaalkarakteristieken bij hoge temperaturen essentieel. Deze trend zorgt voor een verhoging van het aantal tests bij hoge temperatuur.
ZwickRoell heeft zijn eigen kenniscentrum voor dit onderwerp. Klassiek worden testtemperaturen bereikt van 1200 °C of zelfs hoger in een vacuüm of inert gas. Een uitdaging bij het uitvoeren van tests bij hoge temperatuur, is de directe meting van de vervorming/rek.
Al vele jaren kan ZwickRoell rekenen op zijn laserXtens rekmeter, geoptimaliseerd voor hoge temperaturen. Deze kan de rek van het sample bij hoge temperatuur contactloos meten doorheen een venster.
Hoge temperatuur oven met laserXtens voor tests tot +1.200°C
Inductieverwarming voor tests tot +2.000 °C
Vacuümkamer voor tests tot +2.000°C
4. Kruiptests en cyclische karakteristieken
Naast pure materiaaleigenschappen bij hoge temperatuur, zijn ook andere mechanische eigenschappen bij invloed van deze temperaturen van belang. Naast weerstand tegen hoge temperaturen, speelt ook de variërende belasting van vele energiecentrales onder invloed van wind en zonnecentrales een rol, wat zorgt voor bijzondere eisen aan materialen.
Vele energiecentrales moeten flexibel kunnen gestart en gestopt worden voor korte perioden. Dit zorgt voor thermomechanische vermoeiing (TMF), waarbij het materiaal thermisch uitzet en inkrimpt bij elke start en stop. De meeste energiecentrales uit de 20e eeuw werden niet ontworpen met deze belasting in gedachten, en moeten herberekend en aangepast worden.
Een ander thema bij alle stoomcentrales, maar bij A-USC centrales in het bijzonder met temperaturen tot 760 °C en dampdrukken tot 380 bar, is corrosie. De manier waarop het materiaal reageert (relaxatie of retardatie) wordt geobserveerd bij constante spanning of rek gedurende een langere periode bij verhoogde temperatuur. Dit gebeurt ook cyclisch (kruip-vermoeiing).
5. Low Cycle Fatigue (LCF tests)
Tijdens een low cycle fatigue test wordt het materiaal cyclisch belast bij een specifieke temperatuur (gewoonlijk een verhoogde temperatuur) tot een minimale plastische vervorming wordt bereikt. Het sample (materiaal) houdt slechts een paar duizend belastingswissels uit. De eisen gesteld aan de testmachine tijdens dit proces zijn bijzonder hoog, omdat de stijfheid van het sample dramatisch verandert tijdens de transitie van elastische naar plastische vervorming; daarom moet de sturing heel snel reageren om een constante spannings- of rekverhoging te garanderen.
6. Thermo-mechanische vermoeiing (TMF)
Thermomechanische vermoeiing volgens ASTM E2368 and ISO 12111 (TMF) is de simulatie van de mechanische belasting als resultaat van de thermische uitzetting van het materiaal. Dit treedt elke keer op wanneer een energiecentrale (maar ook een verbrandingsmotor) gestart of gestopt wordt. Tijdens de start stijgt de temperatuur van alle onderdelen van kamertemperatuur naar bedrijfstemperatuur, en zet het materiaal uit. Deze uitzetting creëert een spanning in het materiaal die exact gekend moet zijn om schade aan de onderdelen te voorkomen.
Bij thermo-mechanische vermoeiing wordt een sample cyclisch opgewarmd; de testmachine voegt daar een mechanische belasting aan toe in dezelfde of in tegengestelde richting.
7. High Cycle Fatigue (HCF)
In tegenstelling tot LCF, wordt en sample enkel belast in het lineair-elastische gebied tijdens een high cycle fatigue test. Een belangrijke toepassing is het bepalen van de levensduur van een materiaal of onderdeel. De vermoeiingsgrens wordt meestal bepaald met behulp van een Woehler curve (s/n curve), waarbij verschillende spanning- en rekamplitudes worden uitgeoefend op het sample tot het breekt. De Wöhlercurve wordt bepaald bij constante amplitude, de Gassner curve bij variërende amplitude.
Deze karakteristieke curves worden ook bepaald bij variërende temperaturen.
8. Geïnstrumenteerde hardheidsschalen van nano tot macro
Geïnstrumenteerde metingen van indringdiepte worden al vele jaren gebruikt voor onderzoek. Ze worden gebruikt om de mechanische eigenschappen van heel dunne lagen of coatings te bepalen. Een meting van de kracht en indringdiepte bepaalt de hardheid (Martens) en zowel elastische als plastische eigenschappen.
Als vuistregel voor het karakteriseren van coatings, mag het indringlichaam (Vickers of Berkovich) niet dieper indringen dan 10% van de coatingdikte. De ZwickRoell UNAT kan gebruikt worden voor indringdiepten tussen 10 nm en 30 µm, en de ZHU/Zwicki voor indringdiepten groter dan 6 µm. Dit betekent dat ZwickRoell een oplossing heeft voor nano-, micro- en macro-hardheidsschalen.
