Высокотемпературное усталостное испытание до +1.500 °C
Случай из практики
- Заказчик:Магдебургский университет имени Отто фон Герике
- Город: Магдебург, Германия
- Отрасль:институты и академия
- Тема:Определение механических характеристик новых высокотемпературных материалов
Февраль 2026
Разработка современных высокотемпературных материалов является ключевым элементом технического прогресса в области энергетики и аэрокосмической техники. Механические испытания высокотемпературных материалов предъявляют высокие требования к испытательной технике и измерительным системам. При температурах до +1.500 °C окисление, температурные перепады и воздействие окружающей среды могут существенно повлиять на результаты измерений. В то же время реализация современных концепций материалов часто требует очень малых геометрических размеров образцов, очень низких скоростей испытаний, а также длительных испытаний на усталость и ползучесть. На этом фоне специалисты с кафедры высокотемпературных материалов в институте материалов, технологий и механики (IWTM) Магдебургского университета имени Отто фон Герике с 2019 года планировали приобрести подходящую испытательную машину.
Магдебургский университет имени Отто фон Герике
Магдебургский университет имени Отто фон Герике (OVGU) - государственный университет в земле Саксония-Анхальт, образованный в 1993 году в результате слияния нескольких высших учебных заведений. Он охватывает широкий спектр учебных и исследовательских работ в области инженерии, естественных, медицинских, экономических и гуманитарных наук.
В эту структуру входит кафедра высокотемпературных материалов института материалов, технологий и механики (IWTM). Как специализированное исследовательское подразделение рабочая группа занимается исследованиями, разработкой, характеризацией и оценкой материалов для сложных условий эксплуатации. Основное внимание уделяется механическим и термомеханическим испытаниям при повышенных температурах.
Лаборатории располагают обширной испытательной инфраструктурой и современными методами определения характеристик металлических и интерметаллических материалов, а также композитов. Исследование новых высокотемпературных материалов (например, на основе тугоплавких металлов), а также определение их механических характеристик при температурах до +1.500 °C являются основным направлением.
Экспериментальные работы дополняются сопутствующей аналитикой, моделированием и симуляцией. Основываясь на этом, OVGU предоставляет надежные услуги по проведению исследований и испытаний, а также возможности сотрудничества для промышленности и исследований.
Требования к испытательной технике
На кафедре высокотемпературных материалов института материалов, технологий и механики (IWTM) Магдебургского университета имени Отто фон Герике изучают материалы для сложных условий эксплуатации, особенно в энергетическом и высокотемпературном диапазонах. Поэтому для выполнения фундаментальных экспериментальных исследований понадобилась испытательная система, которая позволяла бы проводить испытания в контролируемых атмосферных условиях в зависимости от времени и температуры - надежно, воспроизводимо и в соответствии со стандартами.
С момент основания кафедры высокотемпературных материалов в октябре 2019 года планировалось закупить новую машину для испытаний материалов при высоких температурах до +1.500 °C.
Целью было создание системы для испытаний на растяжение, сжатие и изгиб, а также на усталость и ползучесть при температурах до +1.500 °C. Помимо широкого температурного диапазона требовались стабильное регулирование по усилию и деформации при очень низких скоростях деформации и точное измерение деформации на небольших образцах.
Кроме того, испытания должны проводиться в соответствии со стандартами, чтобы обеспечить сопоставимость с результатами международных исследований и промышленными стандартами испытаний. Установка должна обеспечивать возможность проведения испытаний как в условиях высокого вакуума, так и в условиях защитного газа, чтобы свести к минимуму воздействие окисления и окружающей среды.
Решение фирмы ZwickRoell
Для выполнения этих требований руководство кафедры решило приобрести электромеханическую машину для усталостных испытаний Kappa 100 SS-CF с интегрированной высокотемпературной вакуумной камерой. Система специально разработана для изучения характеристик материалов в зависимости от времени, температуры и нагрузки, она подходит как для исследовательских задач, так и для задач, связанных с контролем качества.
Машина Kappa 100 SS-CF располагает высокопрочной четырехколонной рамой с беззазорным приводом с центральным шпинделем. Такая конструкция гарантирует точное аксиальное приложение усилия и сводит к минимуму вредные влияния на образец. Максимальное номинальное усилие системы составляет 100 кН. Однако для измерений с высоким разрешением датчик силы на 50 кН используется непосредственно в вакуумной камере, что снижает влияние силы трения и температуры на силоизмерение.
Центральным компонентом системы является интегрированная высокотемпературная вакуумная камера с вольфрамовыми нагревательными элементами. Используемая 3-зонная печь позволяет проводить испытания при температуре до +1.500 °C и обеспечивает однородное распределение температуры в области образца. Испытания можно проводить как в высоком вакууме, так и в среде инертного газа, что целенаправленно сводит к минимуму влияния окисления и окружающей среды.
Прецизионное измерение в экстремальных условиях
Для бесконтактной регистрации деформации образца используется оптический экстензометр. Экстензометр laserXtens 1-32 HP/TZ обеспечивает измерение наименьших деформаций с высоким разрешением с начальной расчетной длиной от 1,5 до 25 мм и соответствует классу точности 0,5 по EN ISO 9513 – без нанесения меток на образец.
Так как механический контакт с образцом отсутствует, на материал не оказывается влияние даже при высоких температурах. Это является преимуществом особенно при испытаниях хрупких материалов или очень малых образцов. В качестве альтернативы, при ограниченном отражении лазера или длительных испытаниях на усталость, можно использовать датчик videoXtens HP/TZ. Однако для этого необходимо нанесение меток на образец, что означает, что максимальная температура проведения испытаний не должна превышать +1.400 °C.
Модульный блок измерительной, управляющей и регулирующей электроники машины Kappa 100 SS-CF позволяет проводить испытания с регулированием по усилию и деформации с высокой стабильностью. Даже очень низкие скорости испытания в диапазоне мкм/ч могут быть надежно реализованы.
Соответствующие стандартам испытания
На кафедре высокотемпературных материалов с помощью установки проводят, кроме всего прочего, испытания на растяжение, сжатие и изгиб при температурах до +1.500 °C. Испытания на усталость и ползучесть проводят в соответствии со стандартами ISO 204 и ASTM E139. Силоизмерение выполняется по стандарту DIN EN ISO 7500-1. Это обеспечивает высокую сопоставимость результатов испытаний с международными исследовательскими и отраслевыми стандартами.
„Машина Kappa 100 SS-CF стала центральным элементом в области исследований и разработок новых высокотемпературных материалов. Характеризация материалов при температурах испытания до 1500 °C в среде защитного газа или вакуума позволяет нам глубже понять механизмы деформации существующих и новых материалов при экстремальных нагрузках в соответствующем температурном диапазоне."
К.т.н. Георг Хаземанн, Магдебургский университет имени Отто фон Герике
Результат и польза
С вводом в эксплуатацию машины Kappa 100 SS-CF технические возможности для испытаний были специально расширены на кафедре высокотемпературных материалов. Установка сочетает в себе высокую термостойкость с точным измерением усилия и деформации и позволяет проводить сложные высокотемпературные испытания в соответствии со стандартами. Это обеспечивает мощную и перспективную платформу для определения механических характеристик современных высокотемпературных материалов. Таким образом, кафедра вносит свой вклад в разработку новых материалов для энергетики и аэрокосмической техники.
Воспроизводимое моделирование реальных условий эксплуатации позволяет тщательно анализировать взаимосвязи микроструктуры и свойств и определять устойчивые механические характеристики. Кроме того, система для усталостных испытаний укрепляет позиции Магдебургского университета имени Отто фон Герике как компетентного партнера в области промышленности и исследований. Полученные результаты испытаний можно использовать непосредственно при решении промышленных вопросов (например, при проектировании компонентов, подвергающихся воздействию высоких температур, или при аттестации новых концепций материалов).
