Kruiptests bij hoge temperaturen tot + 1.500°C
Case study
- Klant:Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
- Locatie: Magdeburg, Duitsland
- Branche: Onderzoeksinstellingen & universiteiten
- Onderwerp: Mechanische karakterisatie van innovatieve materialen voor hoge temperaturen
Februari 2026
De ontwikkeling van moderne materialen voor hoge temperaturen drijft de technische vooruitgang in de energiesector en de lucht- en ruimtevaart. Mechanische tests op materialen voor hoge temperaturen stellen hoge eisen aan de testtechnologie en meetsystemen. Bij temperaturen tot +1.500°C beïnvloeden oxidatie, temperatuurgradiënten en omgevingsinvloeden de meetresultaten aanzienlijk. Tegelijkertijd spelen bij het implementeren van moderne materiaalconcepten vaak zeer kleine sample-afmetingen, zeer lage testsnelheden, vermoeiing en kruip. Om deze redenen plande het leerstoel voor materialen voor hoge temperaturen aan het Institute for Materials, Technologies and Mechanics (IWTM) van de Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg sinds 2019 een investering in een geschikte materiaaltestmachine.
Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
De Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg (OVGU) is een publieke universiteit in Sachsen-Anhalt, Duitsland, en ontstond in 1993 door de fusie tussen verschillende universiteiten. Ze omvat een breed gamma onderwijs- en onderzoeksactiviteiten rond techniek, natuurwetenschappen, geneeskunde, bedrijfskunde en humane wetenschappen.
De leerstoel voor High Temperature Materials valt binnen het Institute for Materials, Technologies and Mechanics (IWTM). Deze gespecialiseerde onderzoeksgroep focust op onderzoek, ontwikkeling, karakterisatie en evaluatie van materialen voor veeleisende toepassingen. Een belangrijk thema zijn mechanische en thermomechanische tests bij verhoogde temperaturen.
De laboratoria beschikken over een uitgebreide testinfrastructuur en moderne methoden voor het karakteriseren van metalen, intermetallische materialen en composieten. Een belangrijk onderzoeksonderwerp is de ontwikkeling van innovatieve materialen voor hoge temperaturen, onder andere gebaseerd op refractair materiaal, en de bepaling van hun mechanische karakteristieke waarden bij temperaturen tot +1.500°C.
Het experimentele werk wordt aangevuld met analyse, modellering en simulatie. Op basis hiervan levert OVGU robuust onderzoek en testdiensten, en werkt het samen met de industrie.
De vereisten aan de testtechnologie
De leerstoel voor High Temperature Materials aan het Institute for Materials, Technologies and Mechanics (IWTM) van de Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg onderzoekt materialen voor veeleisende toepassingen, in het bijzonder voor de energiesector en hoge temperaturen. Voor het experimentele fundamentele onderzoek was er daarom nood aan een testsysteem voor tijd- en temperatuurafhankelijke tests onder gecontroleerde atmosferische omstandigheden. Het moest betrouwbaar, reproduceerbaar en volgens de normen werken.
Sinds de oprichting van de leerstoel voor High Temperature Materials in oktober 2019 waren er plannen om een nieuwe kruiptestmachine aan te schaffen voor tests op materialen voor hoge temperaturen tot +1.500°C.
Het doel was een testsysteem te ontwikkelen voor trek-, druk- en buigtests, maar ook voor kruiptests bij temperaturen tot +1.500°C. Naast het brede temperatuurbereik waren stabiele kracht- en reksturing bij lage vervormingssnelheden en een precieze rekmeting op kleine samples noodzakelijk.
Verder moesten de tests gebeuren volgens de normen om reproduceerbaarheid te verzekeren van de internationale onderzoeksresultaten en industriële teststandaarden. Het systeem moest geschikt zijn voor tests in hoog vacuüm en inert gas, om oxidatie en omgevingsinvloeden te minimaliseren.
De ZwickRoell oplossing
Om te voldoen aan dit eisenpakket, koos de leerstoel voor de elektromechanische Kappa 100 SS-CF kruiptestmachine met geïntegreerde vacuümoven voor hoge temperaturen. Het systeem is specifiek ontworpen voor het bestuderen van het veranderende materiaalgedrag in functie van tijd, temperatuur en belasting, en is geschikt voor zowel onderzoekstaken als kwaliteitsgerelateerde testtaken.
De Kappa 100 SS-CF heeft een uiterst stijf, vierkoloms testframe met een spelingvrije centrale spindelaandrijving. Door dit ontwerp wordt de kracht precies in de as uitgeoefend en ondervindt het sample geen storende invloeden. Het systeem heeft een maximale nominale kracht van 100 kN. Voor metingen met hoge resolutie wordt een 50 kN krachtmeetcel gebruikt in de vacuümkamer, zodat minder invloed optreedt van frictie en temperatuur op de krachtmeting.
Een sleutelelement van het systeem is de geïntegreerde vacuümkamer voor hoge temperaturen met wolfraam verwarmingselementen. De oven met 3 zones is geschikt voor testtemperaturen tot +1.500°C en verzekert een uniforme temperatuurverdeling in de omgeving van het sample. De tests gebeuren in hoog vacuüm en inert gas, om oxidatie en omgevingsinvloeden te minimaliseren.
Nauwkeurige metingen in extreme condities
Voor de contactloze vervormingsmeting van het sample wordt een optische extensometer gebruikt. Met de laserXtens 1-32 HP/TZ kunnen zelfs de kleinste verlengingen met hoge resolutie gemeten worden. De initiële meetlengte varieert van 1,5 tot 25 mm. Het systeem voldoet aan nauwkeurigheidsklasse 0.5 volgens EN ISO 9513, zonder meetmarkeringen op het sample.
Omdat het sample mechanisch niet aangeraakt wordt, ondervindt het materiaal geen invloed, zelfs bij hoge temperaturen. Dit is bijzonder voordelig voor brosse materialen of zeer kleine samples. Als laserreflectie wordt beperkt, of voor kruiptests met lange duur, komt de geïntegreerde functionaliteit van de videoXtens HP/TZ van pas als alternatief. Door de noodzakelijke markeringen op het sample is de testtemperatuur dan wel beperkt tot +1.400°C.
De modulaire meet- en regelsturing van de Kappa 100 SS-CF is geschikt voor kracht- en rekgestuurde tests, en heeft een goede regelstabiliteit. Zelfs zeer lage testsnelheden uitgedrukt in µm/u zijn perfect mogelijk.
Conforme tests
Aan de leerstoel voor High Temperature Materials wordt het systeem gebruikt voor het uitvoeren van trek-, druk- en buigtests bij temperaturen tot +1.500°C. Kruiptests gebeuren conform aan ISO 204 en ASTM E139. De krachtmeting is ontworpen volgens DIN EN ISO 7500-1. Zo worden de testresultaten uiterst reproduceerbaar in vergelijking met internationale onderzoeks- en industrienormen.
“De Kappa 100 SS-CF kreeg een sleutelrol binnen onderzoek en ontwikkeling van nieuwe materialen voor hoge temperaturen. Door het karakteriseren van materialen bij testtemperaturen tot 1.500°C, in inert gas of onder vacuüm, krijgen we een dieper begrip van de vervormingsmechanismen van bestaande en nieuwe materialen bij extreme belastingscondities en toepassingsrelevante temperaturen."
Prof. Georg Hasemann, Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
Resultaten en voordelen
De ingebruikname van de Kappa 100 SS-CF zorgde voor een significante uitbreiding van de materiaaltestcapaciteit van de leerstoel voor High Temperature Materials. Het systeem combineert hoge temperaturen met precieze kracht- en rekmeting, waardoor we veeleisende tests op hoge temperatuur normconform kunnen uitvoeren. Zo ontstaat een krachtig en toekomstzeker platform voor de mechanische karakterisatie van moderne materialen voor hoge temperaturen. Zo draagt de leerstoel bij aan de ontwikkeling van nieuwe materialen voor de energiesector en lucht- en ruimtevaart.
Via reproduceerbare simulaties van reële condities kunnen relaties tussen microstructurele eigenschappen grondig geanalyseerd worden, en kunnen betrouwbare mechanische eigenschappen bepaald worden. De kruiptestinstallatie versterkt daarnaast ook de positie van de Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg als competente partner voor industrie en onderzoek. De verkregen testresultaten zijn rechtstreeks toepasbaar in industriële applicaties, zoals het ontwerp van onderdelen die blootgesteld worden aan hoge temperaturen of nieuwe materiaalconcepten.
