Materials Center Leoben (MCL) používá servohydraulický zkušební stroj ZwickRoell HA 100 pro zkoušky materiálů pod vlivem vodíku

Materials Center Leoben používá pro přesnou analýzu materiálů pod vlivem vodíku stroj HA 100

Případová studie

Zákazník: Materials Center Leoben Forschung GmbH
Místo: Leoben, Rakousko
Oblast použití: Výzkum & vzdělávání, kovy, zkoušky na zakázku
Případ: MCL: Zkoušení materiálů a součástí pod vlivem vodíku

Leden 2025

Materials Center Leoben (MCL) používá servohydraulický zkušební stroj ZwickRoell HA 100 pro zkoušky pod vlivem vodíku. Ten díky autoklávu (až 400 barů, -50 °C až +150 °C) a vysoce přesné měřicí technologii umožňuje provádět zkoušky kovových materiálů s maximální spolehlivostí. Na tomto stroji lze provádět kvazistatické zkoušky, zkoušky lomové mechaniky i dynamické zkoušky makroskopických vzorků (např. LCF, da/dN, JIC / KIC). Zkušební stroj poskytuje důležité informace o chování materiálů v extrémních podmínkách. K měření délky trhlin se používá také metoda DCPD.

Zadání Kompetence Řešení Výsledek Produkty

Materials Center Leoben Forschung GmbH

MCL stanovila v oblasti zkoušení materiálů nové standardy

Společnost Materials Center Leoben (MCL) je přední výzkumný ústav v oblasti materiálových věd, který se specializuje na vývoj, optimalizaci a charakterizaci inovativních materiálů pro průmyslové aplikace. MCL byla založena v roce 1999 jako společnost s ručením omezeným a od samého počátku se etablovala jako kompetentní partner pro průmysl. Vlastníci odrážejí silné akademické kořeny společnosti: Univerzita v Leobenu, Joanneum Research, Leoben Holding, Rakouská akademie věd, Technická univerzita ve Vídni a Technická univerzita ve Štýrském Hradci. Jako kompetenční centrum pro materiály a povrchy podporuje MCL své partnery při vývoji vysoce výkonných a udržitelných materiálů, zejména v oblasti mikroelektroniky, strojírenství, letecké a energetické techniky.

Analýza kompatibility materiálů s vodíkem je klíčovou oblastí výzkumu. Vodík jako ekologický nosič energie může způsobit poškození mikrostruktury materiálů, a tím ovlivnit jejich mechanické vlastnosti. MCL se proto zaměřuje na výzkum interakcí mezi vodíkem a materiálem a zkoumá související změny materiálů, které působení vodíku způsobuje. Získané výsledky slouží k vývoji metod optimalizace materiálů a bezpečného navrhování součástí pro prostředí s vysokým obsahem vodíku.

Společnost MCL rovněž provozuje zkušební laboratoř s akreditací podle ISO IEC 17025 pro nejdůležitější zkušební metody pro mechanické zkoušky kovových materiálů, mezi které patří zkoušky tvrdosti, tahem, lomová houževnatost, šíření únavových trhlin a únavové zkoušky. Společnost MCL rovněž nabízí řešení v oblasti numerických simulací a vývoje materiálů na základě modelů s cílem přesné predikce chování materiálů a zefektivnění procesů. Analýzy selhání a analýzy materiálů jsou klíčové pro včasné odhalení potenciálně slabých míst a prodloužení životnosti součástí. Díky interdisciplinárním odborným znalostem a úzké spolupráci s průmyslem a vědou tento institut významně přispívá k vývoji inovativních a udržitelných materiálových řešení pro budoucnost.

Hlavní kompetence společnosti ZwickRoell

Inovativní kompletní řešení ZwickRoell pro zkoušky ve vodíkovém prostředí („kompletní služby z jednoho zdroje“) jako nejekonomičtější balíček.
Dlouholeté zkušenosti, tradice zkušebních strojů ZwickRoell.
Provádění různých druhů zkoušek lomové mechaniky.
Osvědčená kvalita strojů ZwickRoell.
Výkonný software a řešení pro kalibrace (testXpert).

Zadání

Výzkum chování materiálů při poškození vlivem vodíku

Společnost MCL Forschung GmbH poskytuje důležité údaje o materiálech, které se dále využívají v oblasti vědy i průmyslu pro vývoj materiálů vhodných do oblastí, kde jsou v kontaktu s vodíkem. V centru pozornosti stojí zkoumání chování při poškození (změny materiálu, vznik a šíření trhlin) různých materiálů, zejména kovů, jakmile přijdou do kontaktu s vodíkem.

Prostřednictvím komplexní charakterizace za různých podmínek tlaku a teploty simuluje společnost MCL reálné podmínky použití – například pro výrobce vodíkových potrubí, nádrží a potrubí. Výzkum se zabývá otázkami, jak a zda vůbec se trhliny vyvíjejí, rostou a jak se mění odolnost materiálů vůči trhlinám.

Získané údaje mají zásadní význam pro vývoj bezpečných a odolných materiálů, které splňují požadavky kladené na vodíkovou infrastrukturu. Zákazníci z různých průmyslových odvětví, jako jsou například výroba energie a doprava využívají tyto poznatky k vylepšení svých výrobků. Společnost MCL aktivně podporuje další vývoj a hledání inovativních řešení v oblasti vodíkových technologií.

Řešení ZwickRoell

Servohydraulický zkušební stroj HA 100

Servohydraulický zkušební stroj HA 100 byl zkonstruován pro společnost MCL za účelem charakterizace materiálů ve vodíkovém prostředí. HA 100 je vybaven integrovaným autoklávem, který umožňuje dosahovat tlaku až 400 barů a teplot od -50 °C do +150 °C. Tento stroj umožňuje přesně měřit sílu, prodloužení a také prodloužení trhlin in-situ metodou stejnosměrného potenciálu. V tomto případě prochází vzorkem proud a měří se změna potenciálu v důsledku šíření trhliny, čímž se přesně určí šíření trhliny.

Pokud jde o velikost vzorků, umožňuje toto speciální zařízení společnosti MCL provádět zkoušky lomové mechaniky a kvazistatické či únavové testování (HCF, LCF) s vysokou mírou flexibility. Pro přesné provádění zkoušek je důležité, aby všechny snímače (např. síly, rozšíření vrubů, deformace, ale také měření délky trhliny in-situ) měřily spolehlivě a s vysokou přesností i za extrémních podmínek (např. vysoké tlaky, teploty). Této oblasti byla u tohoto systému věnována zvláštní pozornost, např. s ohledem na tlakově kompenzované vysoce přesné měření síly v nízkém i vysokém rozsahu. Tento systém tak splňuje i všechny standardní požadavky na přesnost těchto snímačů.

Pro velmi přesné měření délky trhlin lze kromě často používané metody vypočtené poddajnosti použít i metodu DCPD, která je u MCL zavedena již řadu let. Tím je zajištěno velmi přesné, spolehlivé a bezpečné měření délky trhliny, které je základem pro komplexní zkoušky lomové mechaniky (J-R křivky a také růst únavových trhlin). Při plánování výbavy zkušebního stroje softwarem byl kladen zvláštní důraz na to, aby bylo možné provádět a také vyhodnocovat nejdůležitější normalizované zkušební metody pro zkoušení kovů tahem, měření lomové houževnatosti, růst únavových trhlin a také únavové zkoušky s řízenou deformací.

Díky výše uvedenému specifickému vybavení představuje HA 100 kompletní řešení pro oblast výzkumu a vývoje i pro provádění zkoušek v oblasti vodíkové technologie. Tento systém tak ve společnosti MCL slouží pro vývoj bezpečných a účinných materiálů pro budoucnost.

Výsledek

Efektivní a přesné zkoušení materiálů

Díky stroji HA 100 může nyní společnost MCL provádět komplexní mechanické zkoušky za vysokého tlaku vodíku a jiných plynných vodíkových směsí v závislosti na zkušební teplotě od -50 °C do 150 °C. Tento špičkový zkušební systém umožňuje společnosti MCL specializovat se mimo jiné na zkoušky lomové mechaniky pod vlivem vodíku, přičemž úspěšně zvládá výzvy spojené s vlivem vodíku.

Společnost MCL má již 25 let zkušeností v oblasti testování materiálů a za tuto dobu již nasbírala bohaté metodologické znalosti. Kromě toho MCL provozuje zkušební laboratoř, která je akreditovaná podle normy ISO IEC 17025 a v současné době disponuje 18 zkušebními metodami v oblasti mechanických zkoušek. To je zárukou poskytování vysoce kvalitních a spolehlivých zkoušek na základě standardizovaných zkušebních metod. MCL plánuje do své akreditace zahrnout také zkoušky ve vodíkové atmosféře. Díky stroji HA100 má nyní společnost MCL konkurenční výhodu. Důvod: Dlouholeté zkušenosti, které získala prováděním standardizovaných zkušebních metod lze nyní zúročit také u zkoušek ve vodíkové atmosféře, čímž se zvyšuje efektivita a cenová dostupnost služeb. Kromě toho může společnost MCL poskytovat rychlé a spolehlivé výsledky, a pomáhat tak svým zákazníkům vyvíjet bezpečnější a výkonnější materiály či výrobky. Díky tom získala společnost MCL ideální pozici pro splnění rostoucích požadavků průmyslu a může podporovat vývoj inovativních materiálů.