Visokotemperaturna preskušanja lezenja do +1.500 °C
Študija primera
- Kupec:Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
- Lokacija: Magdeburg, Nemčija
- Industrija:Raziskovalni inštitut in akademija
- Tema:Mehanska karakterizacija inovativnih visokotemperaturnih materialov
Februar 2026
Razvoj sodobnih visokotemperaturnih materialov je ključna komponenta tehničnega napredka v energetiki in vesoljski tehniki. Mehansko preskušanje visokotemperaturnih materialov postavlja visoke zahteve glede tehnologije preskušanja in merilnih sistemov. Pri temperaturah do +1500 °C lahko oksidacija, temperaturni gradienti in vplivi okolja bistveno vplivajo na rezultate meritev. Hkrati pa izvajanje sodobnih konceptov materialov pogosto zahteva zelo majhne geometrije vzorcev, zelo nizke hitrosti preskusov ter preskuse utrujanja in lezenja. S tem v mislih Katedra za visokotemperaturne materiale na Inštitutu za materiale, tehnologije in mehaniko (IWTM) Univerze Otto-von-Guericke v Magdeburgu že od leta 2019 načrtuje nakup ustreznega stroja za preskušanje materialov.
Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg (OVGU) je javna univerza v Saški-Anhaltu v Nemčiji, ustanovljena leta 1993 z združitvijo več univerz. Zajema širok spekter poučevanja in raziskovanja na področju inženirstva, naravoslovja, medicine, poslovnih ved in humanistike.
Profesorska služba za visokotemperaturne materiale se nahaja v tej strukturi na Inštitutu za materiale, tehnologije in mehaniko (IWTM). Kot specializirana raziskovalna enota se delovna skupina osredotoča na raziskave, razvoj, karakterizacijo in vrednotenje materialov za zahtevne aplikacije. Ključni poudarek je na mehanskih in termomehanskih preskušanjih pri povišanih temperaturah.
Laboratoriji ponujajo celovito infrastrukturo za preskušanje in sodobne metode za karakterizacijo kovinskih in intermetalnih materialov ter kompozitnih materialov. Ključni raziskovalni poudarek je na raziskovanju inovativnih visokotemperaturnih materialov, kot so tisti na osnovi refraktornih kovin, in določanju njihovih mehanskih karakterističnih vrednosti pri temperaturah do +1500 °C.
Eksperimentalno delo dopolnjujejo spremljajoče analitike, modeliranje in simulacije. Na podlagi tega OVGU zagotavlja robustne raziskovalne in presksune storitve ter priložnosti za sodelovanje med industrijo in raziskavami.
Zahteve za tehnologijo preskušanja
Katedra za visokotemperaturne materiale na Inštitutu za materiale, tehnologije in mehaniko (IWTM) Univerze Otto-von-Guericke v Magdeburgu raziskuje materiale za zahtevne aplikacije, zlasti v energijskem in visokotemperaturnem območju. Zato je bila za eksperimentalne temeljne raziskave potrebna preskusna naprava, ki omogoča časovno in temperaturno odvisne preskuse v nadzorovanih atmosferskih pogojih – zanesljivo, obnovvljivo in v skladu s standardi.
Od ustanovitve profesorskega mesta za visokotemperaturne materiale oktobra 2019 so bili načrtovani nakup novega stroja za preskušanje lezenja za preskušanje visokotemperaturnih materialov do +1500 °C.
Cilj je bil razviti preskusni sistem za natezne, tlačne in upogibne preskuse ter preskuse lezenja pri temperaturah do +1500 °C. Poleg širokega temperaturnega razpona je bil potreben stabilen nadzor sile in deformacije pri zelo nizkih hitrostih deformacije ter natančne meritve deformacije na majhnih vzorcih.
Poleg tega je treba preskuse izvajati v skladu s standardi, da se zagotovi obnovljivost z mednarodnimi rezultati raziskav in industrijskimi standardi preskušanja. Sistem bi moral omogočati preskušanje tako v visokem vakuumu kot v okolju inertnega plina, da bi se čim bolj zmanjšala oksidacija in vplivi okolja.
ZwickRoell rešitev
Za izpolnitev teh zahtev je katedra izbrala elektromehanski preskusni stroj za lezenje Kappa 100 SS-CF z integrirano visokotemperaturno vakuumsko komoro. Sistem je posebej zasnovan za preučevanje obnašanja materiala, ko se spreminja s časom, temperaturo in obremenitvijo, ter je primeren tako za raziskovalne kot tudi za s kakovostjo povezane preskusne naloge.
Kappa 100 SS-CF ima zelo tog, štiristebrni preskusni okvir z osrednjim pogonom s pogonskim vijakom brez zračnosti. Ta zasnova zagotavlja natančno uporabo osne sile in zmanjšuje motnje v vzorcu. Največja nazivna sila sistema je 100 kN. Za meritve z visoko ločljivostjo pa se neposredno v vakuumski komori uporablja silomer s 50 kN, kar zmanjša vpliv trenja in temperature na merjenje sile.
Ključni element sistema je integrirana visokotemperaturna vakuumska komora z volframovimi grelnimi elementi. Triconska peč omogoča preskušanje pri temperaturah do +1500 °C in zagotavlja enakomerno porazdelitev temperature na območju vzorca. Preskuse je mogoče izvajati tako v visokem vakuumu kot v inertnem plinu, kar posebej zmanjšuje oksidacijo in vplive okolja.
Natančna meritev v ekstremnih pogojih
Za beleženje deformacije vzorca brez stika se uporablja optični ekstenziometer. laserXtens 1-32 HP/TZ omogoča merjenje z visoko ločljivostjo tudi najmanjših raztezkov, z začetnimi merilnimi dolžinami od 1,5 do 25 mm. Ustreza stopnji natančnosti 0,5 po standardu EN ISO 9513, brez pritrditve merilnih oznak na vzorec.
Ker ni mehanskega stika z vzorcem, material ostane nespremenjen tudi pri visokih temperaturah. To je še posebej ugodno za krhke materiale ali zelo majhne vzorce. Če je laserski odboj omejen ali med dolgotrajnimi preskusi lezenja, se lahko kot alternativa uporabi integrirana funkcionalnost videoXtens HP/TZ. Vendar pa potrebno označevanje vzorca omejuje preskušanje na najvišjo temperaturo +1400 °C.
Modularna merilna in krmilna elektronika naprave Kappa 100 SS-CF omogoča preskuse s krmiljenjem sile in deformacije z visoko stabilnostjo krmiljenja. Zanesljivo je mogoče doseči tudi zelo nizke hitrosti preskusov, v območju µm/h.
Skladnost s predpisi
Na Katedri za visokotemperaturne materiale se v objektu izvajajo natezni, tlačni in upogibni preskusi pri temperaturah do +1500 °C. Preskusi lezenja se izvajajo v skladu s standardoma ISO 204 in ASTM E139. Meritve sile so zasnovane v skladu s standardom DIN EN ISO 7500-1. To zagotavlja visoko stopnjo obnovljivosti rezultatov preskusov v skladu z mednarodnimi raziskovalnimi in industrijskimi standardi.
»Kappa 100 SS-CF je postal ključni element v raziskavah in razvoju novih visokotemperaturnih materialov. Karakterizacija materialov pri preskusnih temperaturah do 1500 °C, bodisi v inertnem plinu bodisi v vakuumu, nam omogoča globlje razumevanje mehanizmov deformacije tako uveljavljenih kot inovativnih materialov v ekstremnih pogojih obremenitve znotraj temperaturnega območja, relevantnega za uporabo.«
Prof. Georg Hasemann, Univerza Otto-von-Guericke Magdeburg
Rezultati in koristi
Z zagonom Kappa 100 SS-CF so se znatno razširile zmogljivosti preskušanje materialov na Oddelku za visokotemperaturne materiale. Sistem združuje odpornost na visoke temperature z natančnim merjenjem sile in deformacije, kar omogoča izvajanje zahtevnih visokotemperaturnih preskusov, ki so skladni s standardi. To zagotavlja močno in prihodnostno varno platformo za mehansko karakterizacijo sodobnih visokotemperaturnih materialov. Profesorsko mesto tako prispeva k razvoju novih materialov za energetsko in vesoljsko tehnologijo.
Z obnovljivimi simulacijami realnih pogojev je mogoče temeljito analizirati odnose med mikrostrukturo in lastnostmi ter določiti zanesljive mehanske lastnosti. Preskusni center za lezenje krepi tudi položaj Univerze Otto-von-Guericke Magdeburg kot kompetentnega partnerja za industrijo in raziskave. Pridobljeni rezultati preskusov so neposredno uporabni v industrijskih aplikacijah, kot je načrtovanje komponent, izpostavljenih visokim temperaturam, ali kvalifikacija novih materialnih konceptov.
