Ensaio de fluência em altas temperaturas de até +1.500 °C
Case Study
- Cliente:Universidade Otto von Guericke de Magdeburg
- Local: Magdeburg, Alemanha
- Indústria:Institutos e Academia
- Tema:Caracterização mecânica de novos materiais para altas temperaturas
Fevereiro de 2026
O desenvolvimento de materiais modernos para altas temperaturas é um componente central para os avanços tecnológicos nos setores de energia, aviação e aeroespacial. O ensaio mecânico de materiais para altas temperaturas impõe grandes exigências à tecnologia de ensaio e aos sistemas de medição. Em temperaturas de até +1.500 °C, oxidação, gradientes de temperatura e influências ambientais podem afetar significativamente os resultados de medição. Ao mesmo tempo, a implementação de conceitos modernos de materiais frequentemente exige geometrias de amostra muito pequenas, velocidades de ensaio muito baixas, bem como ensaios de fluência e creep de longa duração. Nesse contexto, o Departamento de Materiais para Altas Temperaturas do Instituto de Materiais, Tecnologias e Mecânica (IWTM) da Universidade Otto von Guericke de Magdeburg vem planejando desde 2019 a aquisição de uma máquina de ensaio adequada.
Universidade Otto von Guericke de Magdeburg
A Universidade Otto von Guericke de Magdeburg (OVGU) é uma universidade pública em Saxônia-Anhalt, fundada em 1993 a partir da fusão de várias instituições de ensino superior. Ela abrange um amplo portfólio de ensino e pesquisa nas áreas de engenharia, ciências naturais, medicina, ciências econômicas e humanas.
Dentro dessa estrutura, a Cátedra de Materiais para Altas Temperaturas está localizada no Instituto de Materiais, Tecnologias e Mecânica (IWTM). Como unidade de pesquisa especializada, o grupo de trabalho dedica-se à investigação, desenvolvimento, caracterização e avaliação de materiais para condições de operação exigentes. Um foco central está nos ensaios mecânicos e termomecânicos em altas temperaturas.
Nos laboratórios, há uma infraestrutura de ensaio abrangente e métodos modernos para a caracterização de materiais metálicos e intermetálicos, bem como de compósitos. A pesquisa de novos materiais para altas temperaturas, por exemplo, à base de metais refratários, bem como a determinação de suas propriedades mecânicas em temperaturas de até +1.500 °C, constitui um foco essencial de pesquisa.
Os trabalhos experimentais são complementados por análises auxiliares, modelagem e simulação. Com base nisso, a OVGU oferece serviços sólidos de pesquisa e ensaio, bem como oportunidades de cooperação para a indústria e a pesquisa.
As exigências para a tecnologia de ensaio
O Departamento de Materiais para Altas Temperaturas do Instituto de Materiais, Tecnologias e Mecânica (IWTM) da Universidade Otto von Guericke de Magdeburg investiga materiais para condições de operação exigentes, especialmente nas áreas de energia e altas temperaturas. Para a pesquisa experimental de base, havia, portanto, a necessidade de um sistema de ensaio que permitisse ensaios dependentes do tempo e da temperatura sob condições de atmosfera controlada — de forma confiável, reprodutível e em conformidade com as normas.
Desde a criação do Departamento de Materiais para Altas Temperaturas, em outubro de 2019, vinha sendo planejada a aquisição de uma nova máquina de ensaio de fluência para ensaios de materiais de alta temperatura de até +1.500 °C.
O objetivo era implementar um sistema de ensaio para ensaios de tração, compressão e flexão, bem como para ensaios de fluência e creep, em temperaturas de até +1.500 °C. Além de uma ampla faixa de temperatura, eram necessários controle estável de força e deformação em velocidades de deformação muito baixas, bem como medição precisa da deformação em amostras pequenas.
Além disso, os ensaios deveriam ser realizados em conformidade com as normas, a fim de garantir a comparabilidade com resultados de pesquisa internacionais e padrões de ensaio industriais. O equipamento deveria permitir ensaios tanto em alto vácuo quanto em atmosfera de gás inerte, a fim de minimizar de forma controlada os efeitos da oxidação e do ambiente.
A solução da ZwickRoell
Para atender a esses requisitos, o Departamento optou pela máquina de ensaio de fluência eletromecânica Kappa 100 SS-CF, equipada com câmara de vácuo para altas temperaturas integrada. O sistema é projetado especificamente para investigar o comportamento dos materiais dependente de tempo, temperatura e carga, sendo adequado tanto para pesquisas quanto para ensaios relevantes para controle de qualidade.
A Kappa 100 SS-CF possui uma estrutura de ensaio de alta rigidez com quatro colunas e acionamento central da fuso sem folga. Essa construção garante a aplicação de força exatamente axial e minimiza interferências sobre a amostra. A força nominal máxima do sistema é de 100 kN. Para medições de alta resolução, é utilizado um transdutor de força de 50 kN diretamente na câmara de vácuo, reduzindo assim os efeitos de atrito e temperatura sobre a medição da força.
Um elemento central do equipamento é a câmara de vácuo para altas temperaturas integrada, equipada com elementos de aquecimento de tungstênio. O forno de 3 zonas empregado permite ensaios de até +1.500 °C na amostra e garante uma distribuição homogênea de temperatura na região da amostra. Os ensaios podem ser realizados tanto em alto vácuo quanto em gás inerte, permitindo minimizar de forma controlada os efeitos da oxidação e do ambiente.
Medição precisa em condições extremas
Para a medição sem contato da deformação da amostra, é utilizado um extensômetro óptico. O laserXtens 1-32 HP/TZ permite a medição de alta resolução de deformações muito pequenas em comprimentos iniciais de 1,5 a 25 mm, atendendo à classe de precisão 0,5 segundo a EN ISO 9513 — sem a necessidade de aplicar marcas de medição na amostra.
Como não há contato mecânico com a amostra, o material não é afetado mesmo em altas temperaturas. Isso é especialmente vantajoso para materiais frágeis ou amostras muito pequenas. Em casos de reflexão laser limitada ou ensaios de fluência de longa duração, pode-se alternativamente utilizar a funcionalidade integrada do videoXtens HP/TZ. No entanto, a marcação necessária das amostras para isso limita os ensaios a uma temperatura máxima de +1.400 °C na amostra.
A eletrônica modular de medição, controle e regulação da Kappa 100 SS-CF permite ensaios controlados por força e deformação com alta estabilidade de controle. Também é possível realizar de forma confiável velocidades de ensaio muito baixas, na faixa de µm/h.
Ensaios em conformidade com as normas
No Departamento de Materiais para Altas Temperaturas, são realizados com o equipamento, entre outros, ensaios de tração, compressão e flexão em temperaturas de até +1.500 °C. Os ensaios de fluência e creep são realizados em conformidade com as normas ISO 204 e ASTM E139. A medição de força é realizada conforme a norma DIN EN ISO 7500-1. Isso garante alta comparabilidade dos resultados de ensaio com padrões internacionais de pesquisa e industriais.
“A Kappa 100 SS-CF tornou-se um elemento central na pesquisa e desenvolvimento de novos materiais para altas temperaturas. A caracterização de materiais em temperaturas de ensaio de até 1.500 °C, sob gás inerte ou em vácuo, nos permite obter um entendimento mais profundo dos mecanismos de deformação de materiais estabelecidos e novos sob solicitações extremas, na faixa de temperatura relevante para aplicações.”
Dr.-Ing. Georg Hasemann – Universidade Otto von Guericke de Magdeburg
Resultado e Benefício
Com o comissionamento da Kappa 100 SS-CF, as possibilidades de ensaio no Departamento de Materiais para Altas Temperaturas foram ampliadas de forma direcionada. O equipamento combina alta resistência à temperatura com medição precisa de força e deformação, permitindo a realização de ensaios de alta temperatura exigentes em conformidade com as normas. Isso fornece uma plataforma potente e preparada para o futuro para a caracterização mecânica de materiais modernos para altas temperaturas. Dessa forma, o Departamento contribui para o desenvolvimento de novos materiais para os setores de energia, aviação e aeroespacial.
Através da simulação reprodutível de condições reais de operação, é possível analisar de forma fundamentada as relações microestrutura-propriedade e determinar propriedades mecânicas confiáveis. O sistema de ensaio de fluência também fortalece a posição da Universidade Otto von Guericke de Magdeburg como parceira competente para a indústria e a pesquisa. Os resultados de ensaio obtidos podem ser aplicados diretamente a questões industriais, por exemplo, no dimensionamento de componentes submetidos a altas temperaturas ou na qualificação de novos conceitos de materiais.
