Soluzioni speciali per la Ricerca e lo Sviluppo

Oltre alle soluzioni personalizzate sviluppate da ZwickRoell in collaborazione con diverse istituzioni, ZwickRoell offre anche diverse soluzioni standard specifiche per l'applicazione nella ricerca. Per i ricercatori, un elemento chiave è la flessibilità della macchina di prova materiali. Essi si trovano regolarmente a dover fronteggiare nuovi requisiti di prova e questi requisiti possibilmente devono essere soddisfatti utilizzando la macchina di prova già in possesso.

Le interfacce di sistema sono particolarmente importanti. Da un lato, sono spesso usati nuovi sensori che devono essere acquisiti insieme ai segnali di misurazione della macchina. Dall'altro, deve essere possibile processare facilmente i dati registrati. Ciò può essere fatto direttamente nel testXpert II o esportando i dati in un software di valutazione esterno.

1. Integrare gli Strain Gage

In linea di principio, da un punto di vista della tecnologia di misurazione, è necessario registrare sincronicamente tutti i segnali con uno strain gage— dalla forza alla deformazione e fatica.  

ZwickRoell offre due opzioni di connessione per collegare gli strain gage.

Connessione diretta alle elettroniche di misura e controllo testControl

 Il dispositivo ponte di Wheatstone è realizzato attraverso una scatola di connessione esterna, che connette alla macchina di prova diversi tipi di strain gage (120Ω, 350Ω etc.). Uno strain gage esterno può essere collegato a questa interfaccia di connessione per mezzo di una tecnologia a 4 e 6 conduttori. È anche possibile compensare la temperatura. Possono essere integrati fino a 4 canali DMD, a seconda di come è allestito testControl. Tutti i canali sono registrati simultaneamente dal testControl e possono essere usati anche per prove in controllo di deformazione. Le opzioni del testXpert II e testControl consentono di mettere insieme tutti i canali, in modo da poter essere controllati con in media 4 strain gage. La nuova estensione dei bus del testControl consente di integrare 6, 12 o più strain gage.

Connessione tramite un amplificatore di misura HBM

Uno speciale meccanismo di sincronizzazione permette di aumentare facilmente il numero dei punti di misura con un sistema HBM, MGC+ o QuantumX. I valori misurati sono anche registrati in sincronizzazione con il segnale di misurazione della macchina di prova, in ogni caso non possono essere usati per finalità di controllo.

4. Prove di creep e caratterizzazione ciclica

Insieme alle caratteristiche meramente di alta temperatura, altre caratteristiche meccaniche, anch'esse da determinare in condizioni di alta temperatura, sono importanti nella tecnologia delle centrali elettriche. Oltre alla resistenza ad alta temperatura, il cambiamento di modalità operativa di molte centrali elettriche causato da un approvvigionamento variabile di energia eolica e solare è un fattore cruciale che pone requisiti speciali sui materiali.

Molte centrali elettriche devono poter essere accese e spente in modo flessibile in intervalli brevi. Ciò porta alla fatica termomeccanica del materiale (TMF), in cui il materiale si espande termicamente a ogni avvio e sospensione. La maggior parte degli impianti del ventesimo secolo non furono progettati per tali sollecitazioni, a posteriori devono quindi essere riprogettati e convertiti conformemente.

Un altro tema che interessa tutte le centrali a vapore, e specificamente le centrali ultra supercritiche avanzate A-USC che operano a temperature sino a 760 °C e pressione di vapore sino a 380 bar, è la corrosione dei materiali. Il modo in cui il materiale reagisce (rilassamento o ritardo) è osservato a trazione o compressione a carico costante in un arco temporale ampio a temperature elevate. Ciò viene verificato anche ciclicamente (prova di creep a fatica).

5. Prove LCF (Low Cycle Fatigue)

Durante una prova a basso ciclo di fatica, il materiale è sollecitato ciclicamente a una temperatura specifica (solitamente una temperatura aumentata) fino a che raggiunge la deformazione plastica minima. La prova in questione solitamente ha una durata di qualche migliaia di cicli. Durante questo processo, le richieste poste alla macchina di prova o all'unità di controllo sono particolarmente elevate perché, durante la transizione dalla deformazione elastica a quella plastica, la rigidità del provino cambia drammaticamente e quindi l'unità di controllo deve rispondere molto velocemente per garantire un tasso costante di aumento della tensione.

6. Fatica Termomeccanica (TMF)

La fatica termomeccanica (TMF) è la simulazione di carichi meccanici come risultato dell'espansione termica del materiale. Ciò accade ogni volta che una centrale elettrica (ma anche qualsiasi motore termico) viene avviata o spenta. Durante l'avvio, la temperatura di tutti componenti si alza fino al raggiungimento della temperatura di funzionamento, ciò è accompagnato da un'espansione del materiale. Questa espansione crea una tensione nel materiale che deve essere determinata accuratamente per prevenire il danneggiamento dei componenti.

La fatica termomeccanica richiede il riscaldamento ciclico di un provino; la macchina di prova impone una tensione nella stessa fase o in quella inversa.

7. Prove HCF

Contrariamente a una Prova LCF, in una Prova HCF il cambiamento di carico è condotto solo nel range lineare-elastico del materiale. Un'applicazione chiave è la determinazione del limite di fatica di un materiale o componente. Il limite di fatica solitamente è determinato tramite curve di Wöhler (curva s/n). Al provino vengono applicati carichi o deformazioni cicliche fino a rottura. La curva di Wöhler è determinata usando ampiezze costanti; la curva di Gassner è determinata usando ampiezze variabili.

Queste curve caratteristiche sono determinante anche a diverse temperature.

8. La durezza strumentata varia dal livello nano a quello macro.

La misurazione a fondo dell'indentazione strumentata viene usata nella ricerca da diversi anni. È usata per determinare le caratteristiche meccaniche di strati molto sottili o rivestimenti. Una misurazione a fondo della forza di indentazione può determinare la durezza (Martens) e le caratteristiche elastiche e plastiche.

Come regola generale per determinare le proprietà dei rivestimenti, il penetratore (Vicker o Berkowitch) non dovrebbe penetrare più del 10% dello spessore del rivestimento. Il sistema ZwickRoell UNAT può essere usato per profondità di indentazione tra 10 nm e 30 µm, il sistema ZHU/Zwicki System per profondità di indentazione sopra i 6 µm. Ciò significa che ZwickRoell ha una soluzione per tutti i range di durezza nano, micro e macro.

Testing additive manufactured structures for the aerospace industry at -269°C

Additive manufacturing methods such as laser melting afford a great amount of design freedom and therefore offer huge potential for weight minimization. Due to the small quantities typical in aerospace this type of manufacturing method can also be implemented cost-effectively. KRP Mechatec relies on a testing machine from ZwickRoell for testing additive manufactured aluminum and titanium structures at low temperatures down to -269°C .
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