高温蠕变试验，高达 +1,500°C
案例学习
- 客户：马格德堡奥托·冯·格里克大学
- 地点：德国马格德堡
- 行业：科研机构与学术界
- 主题：创新型高温材料的力学表征
马格德堡奥托·冯·格里克大学
马格德堡奥托·冯·格里克大学 (OVGU) 是德国萨克森-安哈尔特州的一所公立大学，成立于 1993 年，由多所高校合并而成。该校涵盖工程学、自然科学、医学、商业及人文学科的广泛教学与科研领域。
高温材料教席隶属于该体系中的材料、技术与力学研究所 (IWTM)。作为一个专业化研究单元，该研究组专注于面向严苛应用的材料的研究、开发、表征与评估。研究的一个重点是高温下的力学与热机械性能试验。
实验室提供全面的试验基础设施和现代化方法，用于表征金属、金属间化合物及材料复合物。研究的一个重点是创新型高温材料的研究，例如基于耐火金属的材料，并测定其在高达 +1,500°C 下的力学特性值。
实验工作同时配合分析、建模与模拟。基于此，OVGU 提供可靠的科研与测试服务，并为行业和科研合作创造机会。
试验技术的要求
马格德堡奥托·冯·格里克大学材料、技术与力学研究所 (IWTM) 高温材料研究组致力于研究面向严苛应用的材料，尤其关注能源及高温环境下的材料性能。因此，对于基础实验研究，需要一套能够在受控环境下进行时间和温度依赖性试验的测试系统 – 可靠、可重复，并符合标准。
自 2019 年 10 月高温材料教席成立以来，就有计划购置一台新型蠕变试验机，用于在高达 +1,500°C 下测试高温材料。
目标是开发一套用于拉伸、压缩和弯曲试验，以及温度高达 +1,500°C 的蠕变试验的试验系统。除需要覆盖宽温范围外，还要求在极低变形速度下实现稳定力值和应变控制，并能在微小试样上进行精确的应变测量。
此外，试验应符合标准，以确保可再现性，并符合国际研究成果及行业试验标准。该系统应能够在高真空和惰性气体环境下进行试验，以专门减少氧化和环境因素的影响。
ZwickRoell解决方案
为满足这些要求，该研究组选择了配备集成高温真空室的机电式蠕变试验机 Kappa 100 SS-CF。该系统专门设计用于研究材料随时间、温度和载荷变化的行为，且适用于科研和质量相关的测试任务。
Kappa 100 SS-CF 配备高刚性的四立柱试验机架，并带有无反向间隙的中心滚珠丝杠。该设计确保了轴向力的精确施加，并最大限度地减少对试样的干扰。系统的最大额定力为 100 kN。然而，为了实现高分辨率测量，真空室内直接使用 50 kN 力传感器，从而降低摩擦和温度对力测量的影响。
该系统的一个关键要素是集成高温真空室，配备钨加热元件。3-区高温炉可实现温度高达 +1,500°C 的试验，并确保试样区域温度分布均匀。试验能够在高真空和惰性气体环境下进行，以专门减少氧化和环境因素的影响。
极端条件下的精确测量
使用光学引伸计以非接触方式记录试样的变形。laserXtens 1-32 HP/TZ 可对极小的伸长量进行高分辨率测量，初始标距为 1.5 至 25 mm。它符合 EN ISO 9513 标准的精度等级 0.5，无需在试样上附加标记。
由于与试样无机械接触，在高温下材料也不受影响。这对于脆性材料或极小试样尤其具有优势。当激光反射受限或在长期蠕变试验中，可使用 videoXtens HP/TZ 的集成功能作为替代方案。然而，试样所需的标记会将试验温度限制在最高 +1,400°C。
Kappa 100 SS-CF 的模块化测量和控制电子系统，能够实现力控与应变控制试验的高控制稳定性。即使是 µm/h 范围内的极低试验速度，也能可靠实现。
符合标准的试验
在高温材料研究组，该设备用于执行温度高达 +1,500°C 的拉伸、压缩和弯曲试验。蠕变试验符合 ISO 204 和 ASTM E139 标准。力测量的设计符合 DIN EN ISO 7500-1 标准。这确保了测试结果的高度可再现性，并符合国际研究及行业标准。
