Materials Center de Leoben utilise une HA 100 pour l’analyse précise de matériaux sous influence de l’hydrogène
Case Study
- Client : Materials Center Leoben Forschung GmbH
- Lieu : Leoben, Autriche
- Secteur d’activité : institut et académie, métal, essai contractuel
- Sujet : MCL : essais de matériaux et de composants sous influence de l’hydrogène
Janvier 2025
L’entreprise Materials Center Leoben (MCL) utilise la machine d’essais servo-hydraulique HA 100 de ZwickRoell pour des essais de matériaux sous influence de l’hydrogène.Dotée d’un autoclave (jusqu’à 400 bar, -50 °C à +150 °C) et d’une technique de mesure de haute précision de la force, de l’allongement et de la longueur de rupture, elle permet notamment de réaliser des essais précis de mécanique de la rupture.Grâce à la possibilité de réaliser tous les essais quasi-statiques, de mécanique de la rupture et dynamiques sur des éprouvettes macroscopiques (par ex. LCF , da/dN , J1C / K1C , la machine fournit des données décisives pour le développement de matériaux dans des conditions extrêmes.La méthode de chute de potentiel en courant continu (DCPD) est également utilisée pour mesurer la longueur de rupture.
Materials Center Leoben Forschung GmbH
MCL établit de nouveaux standards dans le domaine des essais de matériaux
Le Materials Center Leoben (MCL) est un institut de recherche de premier plan dans le domaine de la science des matériaux. Il est spécialisé dans le développement, l’optimisation et la caractérisation de matériaux innovants pour des applications industrielles. L’entreprise MCL a été fondée en 1999 en tant que société à responsabilité limitée et s’est imposée dès le début comme un partenaire compétent de l’industrie. Ses propriétaires sont le reflet ses fortes racines universitaires : l’université Montanuniversität Leoben, l’institut de recherche Joanneum Research, Leoben Holding GmbH, l’Académie autrichienne des sciences, l’Université technique de Vienne et l’Université technique de Graz. En tant que centre de compétence pour les matériaux et les surfaces, MCL soutient ses partenaires dans le développement de matériaux performants et durables, notamment dans les domaines de la microélectronique, de la construction mécanique, de l’aéronautique, de l’aérospatiale et des technologies de l’énergie.
L’analyse de la compatibilité des matériaux avec l’hydrogène constitue un domaine de recherche essentiel. L’hydrogène, en tant que source d’énergie respectueuse de l’environnement, peut provoquer des dommages dans la microstructure des matériaux et influencer ainsi leurs propriétés mécaniques. MCL se concentre donc sur l’étude des interactions entre l’hydrogène et les matériaux et sur les modifications des matériaux qui en découlent sous l’effet de l’hydrogène. Les résultats obtenus permettent de développer des méthodes pour optimiser les matériaux ainsi que des méthodes pour concevoir en toute sécurité des composants pour des environnements riches en hydrogène.
MCL exploite par ailleurs un laboratoire d’essai accrédité ISO IEC 17025, qui propose les principales méthodes d’essai mécanique sur matériaux métalliques, telles que l’essai de dureté, l’essai de traction, la ténacité à la rupture, la propagation des fissures de fatigue et les essais de fatigue. MCL propose également des solutions dans le domaine de la simulation numérique et du développement de matériaux basé sur des modèles, afin de prédire avec précision le comportement des matériaux et de concevoir des processus plus efficaces. L’analyse des dommages et l’analyse des matériaux sont essentielles pour identifier à temps les points chauds potentiels dans une structure et augmenter la longévité des composants. Grâce à son expertise interdisciplinaire et à une étroite collaboration avec l’industrie et le monde scientifique, l’institut contribue largement au développement de solutions matériaux innovantes et durables.
Les Top Compétences ZwickRoell
- Solution complète innovante de ZwickRoell en matière d’hydrogène (« Un seul interlocuteur ») constituant le pack global le plus économique.
- De nombreuses années d’expérience, puisque des machines ZwickRoell sont déjà là.
- Réalisation de divers essais de mécanique de la rupture.
- Qualité éprouvée des machines ZwickRoell.
- Solution logicielle et d’étalonnage performante (testXpert).
La demande
Étude précise du comportement d’endommagement sous l’influence de l’hydrogène
Pour le développement de matériaux adaptés aux applications de l’hydrogène, l’entreprise MCL Forschung GmbH fournit des données importantes sur les matériaux, qui aident aussi bien la science que l’industrie. L’accent est mis sur l’étude du comportement d’endommagement (modifications du matériau, fissuration et propagation de la fissure) dans différents matériaux, en particulier dans les métaux, dès qu’ils entrent en contact avec de l’hydrogène.
Grâce à une caractérisation complète dans des conditions de pression et de température variables, MCL simule des conditions réelles d’application, par exemple pour les fabricants de pipelines d’hydrogène, de réservoirs et de canalisations. Les questions suivantes sont étudiées : est-ce que des fissures apparaissent et comment, comment se développent-elles et comment la résistance aux fissures des matériaux change-t-elle.
Les données obtenues sont essentielles pour le développement de matériaux sûrs et durables répondant aux exigences de l’infrastructure de l’hydrogène. Des clients de différents secteurs, comme la production d’énergie et le transport, profitent de ces connaissances pour améliorer leurs produits. MCL soutient activement le développement et la recherche de solutions innovantes dans la technologie de l’hydrogène.
La solution ZwickRoell
Machine d’essais servo-hydraulique HA 100
La machine d’essais servo-hydraulique HA 100 a été construite pour MCL afin de caractériser les matériaux sous l’influence de l’hydrogène. La HA 100 est équipée d’un autoclave intégré qui permet des pressions allant jusqu’à 400 bar et des températures allant de -50 °C à +150 °C. Cette machine offre des mesures précises de la force et de l’allongement et permet également de mesurer avec précision l’allongement des fissures in-situ par la méthode de la chute de potentiel en courant continu (DCPD). Dans cette méthode, un courant est envoyé à travers l’éprouvette et le changement de potentiel dû à la propagation de la fissure est mesuré, ce qui permet de déterminer précisément l’allongement de la fissure.
Cet équipement spécial permet à MCL de réaliser des essais quasi-statiques, des essais de mécanique de la rupture et des essais de fatigue (HCF, LCF) avec une grande flexibilité en termes de taille des éprouvettes. Pour réaliser des essais précis, il est important que tous les capteurs de mesure (pour la force, l’élargissement de l’entaille, l’allongement, mais aussi la mesure in-situ de la longueur des fissures) mesurent de manière fiable et extrêmement précise, même dans des conditions extrêmes (par ex. pressions, températures élevées). Une attention particulière a été accordée sur ce point dans cette installation, par exemple en ce qui concerne la mesure de force de haute précision à compensation de pression, aussi bien dans la plage des forces faibles que dans celle des forces élevées, afin que cette installation réponde également à toutes les exigences normatives en matière de précision de ces capteurs.
Pour une mesure très précise de la longueur des fissures, il est possible d’utiliser avec cette installation la méthode de Compliance usuelle, mais aussi la méthode de la chute de potentiel en courant continu (DCPD) utilisée depuis de nombreuses années par MCL. Celle-ci assure une mesure très précise, fiable et sûre de la longueur des fissures, ce qui est indispensable pour les essais complexes de mécanique de la rupture (courbes J-R, mais aussi croissance des fissures de fatigue). Pour l’équipement logiciel de la machine d’essais, une attention particulière a été accordée à la possibilité d’effectuer, mais aussi d’évaluer les principales méthodes d’essai normalisées de l’essai de matériaux métalliques pour les essais de traction, les mesures de ténacité à la rupture, la croissance des fissures de fatigue et les essais de fatigue avec régulation de l’allongement.
Grâce à l’équipement spécifique mentionné ci-dessus, la HA 100 est une solution complète, aussi bien pour la recherche et le développement que pour les services d’essai dans la technologie de l’hydrogène. Elle aide ainsi MCL à développer des matériaux sûrs et performants pour l’avenir.
Le résultat
Essais de matériaux efficaces et précis
Grâce à la HA 100, MCL réalisera à l’avenir des essais mécaniques complexes sous hydrogène haute pression et également d’autres mélanges gazeux d’hydrogène en fonction de la température d’essai de -50 °C à 150 °C. Cette solution de système d’essai de haute précision permet à MCL de se spécialiser, entre autres, dans la mécanique de la rupture sous l’influence de l’hydrogène, tout en relevant avec succès les défis liés à l’influence de l’hydrogène.
Avec environ 25 ans d’expérience dans le domaine des essais de matériaux, MCL dispose déjà d’un vaste savoir-faire méthodologique. MCL exploite par ailleurs un laboratoire d’essai accrédité ISO IEC 17025, qui propose actuellement 18 méthodes d’essai dans le domaine des essais mécaniques, ce qui garantit la fourniture d’essais de la plus haute qualité et de la plus grande fiabilité grâce à des méthodes d’essai standardisées. MCL prévoit également d’inclure dans son accréditation les méthodes d’essai sous atmosphère d’hydrogène. Grâce à l’utilisation de la HA 100, MCL dispose désormais d’un avantage concurrentiel. La raison : l’expérience déjà acquise depuis de nombreuses années avec les méthodes d’essai standard pourra désormais être appliquée immédiatement sous atmosphère d’hydrogène, ce qui va augmenter l’efficacité et la rentabilité des prestations. De plus, MCL peut fournir des résultats rapides et fiables et aider ses clients à développer des matériaux et des produits plus sûrs et plus performants. Par conséquent, l’entreprise MCL est bien placée pour répondre aux exigences croissantes du secteur et pour faire avancer le développement de matériaux innovants.
« La combinaison d’une haute précision et d’une grande flexibilité nous permet d’effectuer même les essais complexes sous l’influence de l’hydrogène de manière efficace et précise et de développer des solutions matériaux innovantes. »
Dr. Stefan Marsoner,
Head of Department Materials & Services, Materials Center Leoben Forschung GmbH.
