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研發專用特殊解決方案

除了 ZwickRoell 與各研究所合作開發的客製化解決方案外,ZwickRoell 還提供許多特定於研究應用的標準解決方案。對於科學家來說,一個關鍵的問題是材料試驗機的靈活性。他們定期遇到新的測試要求,如果可能,需要使用他們現有的機器來滿足這些要求。

系統介面非常重要。一方面,經常使用新的感測器,必須與機器的測量訊號一起記錄。另一方面,必須能夠輕鬆處理記錄的數據。這可以直接在 testXpert III 中實現,也可以透過將數據導出到外部評估軟體來實現。

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  • 產業手冊:學術研討 PDF 4 MB

1.整合應變計

原則上,從測量技術的角度來看,有必要用應變計同步記錄所有訊號 — 從力到變形,再到應變。

ZwickRoell 提供兩種連接選項來連接應變計。

直接與testControl電子測量控制系統連接
透過HBM測量放大器連接

直接與testControl電子測量控制系統連接

惠斯通電橋的完成是一個透過外部連接盒所實現,它將各種類型的應變計(120Ω、350Ω 等)連接到測試系統。所採用的應變計可以與該介面連接形成4電阻或6電阻電橋。系統還能進行溫度補償。根據testControl配置不同,最多可以整合4個DMS通道。

透過HBM測量放大器連接

特殊的同步機制允許使用HBM MGC+或者QuantumX來增加測量點數量。測量值也與試驗機的測量訊號同步紀錄,然而這不能被用在以控制為目的的實驗。

2.testXpert III 特殊功能

多年來,ZwickRoell 不斷在 testXpert III 中增加對研究人員特別重要的功能。以下只是其中的一部分。

了解更多有關我們 testXpert III 軟體的資訊

3.高溫測試

減少二氧化碳排放的一個關鍵方法是提高熱力發動機的效率。 為了實現此目標,必須提高燃燒室溫度,這就需要新材料和對高溫的要求。

在開發新的發電廠技術時 - 從 A-USC (Advanced Ultrasupercritical) 發電廠到新的核反應器 - 對於材料的高溫特性能清楚地了解至關重要。 這種趨勢意味著越來越多的測試是在高溫下進行的。 用於高溫測試的常見標準為ISO 6892-2ASTM E21

在 ZwickRoell,我們設置專門處理這些需求的能力中心。 在真空或怖性氣體環境中,測試溫度一般高達1,200 °C以上。 執行高溫測試的一項挑戰是直接測量變形/應變。

多年來,ZwickRoell 不斷針對適用於高溫測試的laserXtens延伸計進行優化。 它可以在不接觸的情況下,透過一個可視窗測量高溫爐中試樣的應變。

高溫測試系統

4.蠕變測試和循環特性

除了純粹的高溫特性外,在高溫下也必須測定的其他機械特性在發電廠技術中也很重要。 除了耐高溫之外,風力和太陽能發電廠的供應波動導致許多發電廠的運行模式改變也是一個因素,對材料提出了特殊要求。

許多發電廠必須能夠以靈活的方式在短時間內啟動和關閉。 這會導致材料熱機械疲勞 (TMF),其中材料在每次啟動和關閉時都會發生熱膨脹。 20 世紀的大多數發電廠都不是為這樣的壓力而設計的,因此必須重新計算並進行相應地回溯轉換。

所有蒸汽發電廠的另一個問題,尤其是在溫度高達 760 °C 的和蒸汽壓力高達 380 bar 下運行的 A-USC 發電廠,即為材料腐蝕。 材料的反應方式(鬆弛或延遲)是在恆定應變或應力下在高溫下較長時間觀察到的。 這也是循環進行的(蠕變疲勞)。

蠕變(潛變)測試

5.低循環疲勞(LCF 測試)

在低循環疲勞測試期間,材料在特定溫度(通常是升高的溫度)下循環加載,直到達到最小塑性變形。試片(材料)在這種負載下只能承受幾千次負載變化。在這個過程中,對試驗機或機器控制器的要求特別高,因為在從彈性變形到塑性變形的過渡過程中,試片的剛性發生了巨大的變化,因此控制器必須非常迅速地響應以保證恆定的應變增加率。

6.熱機械疲勞 (TMF)

根據 ASTM E2368 和 ISO 12111 的熱機械疲勞 (TMF) 用於模擬材料熱膨脹引起的機械負載。 每次啟動或關閉發電廠(以及任何熱力發動機)時都會發生這種情況。 在啟動過程中,所有組件的溫度從室溫上升到工作溫度,同時伴隨著材料的膨脹。 這種膨脹會在材料中產生應力,必須準確測定以防止組件損壞。

熱機械疲勞包括循環加熱試片; 試驗機疊加同相或反相機械應變。

熱機械疲勞

7.高循環疲勞 (HCF)

與 LCF 測試相比,在高循環疲勞測試中,負載變化僅在材料的線彈性範圍內受到驅動。一個關鍵應用是測定材料或組件的疲勞極限。疲勞極限通常使用 Woehler 曲線(s/n 曲線)測定,其中將各種應力和應變幅度施加到試片上,直到試片失效。Woehler 曲線是使用恆定幅度測定的; Gassner 曲線是使用可變振幅測定的。

這些特性曲線也是在不同溫度下測定的。

8.檢測到的硬度範圍從奈米級到宏觀級

儀器壓痕深度測量已在研究中使用多年。它用於測定非常薄的薄層或塗層的機械特性。力壓痕深度測量可以測定硬度(馬氏硬度)以及彈性和塑性特性。

作為測定塗層特性的經驗法則,壓頭(維氏或 Berkowitch)不得穿透塗層厚度的 10% 以上。ZwickRoell UNAT系統可用於10nm到30µm之間的壓痕深度,而ZHU/Zwicki系統可用於超過6µm的壓痕深度。這意味著ZwickRoell對所有奈米、微米和宏觀硬度範圍都有解決方案。

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