Il Materials Center Leoben utilizza la HA 100 per un’analisi precisa dei materiali sotto l’influenza dell’idrogeno
Case Study
- Cliente: Materials Center Leoben Forschung GmbH
- Luogo: Leoben, Austria
- Settore industriale: Istituti di ricerca e istruzione, metalli, prove a contratto
- Topic: MCL: Prove su materiali e componenti sotto l’influenza dell’idrogeno
Gennaio 2025
Materials Center Leoben (MCL) utilizza la macchina di prova servoidraulica HA 100 di ZwickRoell per le prove sui materiali sotto l’influenza dell’idrogeno. Mediante un’ autoclave (fino a 400 bar, da -50°C a +150°C) e una tecnologia di misurazione ad alta precisione, esegue prove affidabili su materiali metallici. Con la possibilità di eseguire qualsiasi prova quasi-statica, prove di meccanica della frattura e prove dinamiche su provini macroscopici (ad es. LCF , da/dN , J1C / K1C ) la macchina fornisce dati fondamentali per lo sviluppo dei materiali in condizioni estreme. Per misurare la lunghezza della cricca viene utilizzato anche il metodo di caduta del potenziale di corrente continua (DCPD).
Materials Center Leoben Forschung GmbH
MCL stabilisce nuovi standard nelle prove sui materiali
Materials Center Leoben (MCL) è un istituto di ricerca leader nel settore delle scienze dei materiali, specializzato nello sviluppo, ottimizzazione e caratterizzazione di materiali innovativi per le applicazioni nel settore industriale. MCL è stata fondata nel 1999 come società a responsabilità limitata e fin dall’inizio si è imposta come partner competente nel settore industriale. I proprietari, ovvero Montanuniversität Leoben, Joanneum Research, Leoben Holding, l’Accademia austriaca delle scienze, l’Università tecnica di Vienna e l’Università tecnica di Graz, rispecchiano le sue forti radici accademiche. Come centro di competenza per i materiali e le superfici, MCL supporta i propri partner nello sviluppo di materiali sostenibili e ad alte prestazioni, in particolare nei campi della microelettronica, dell’ingegneria meccanica, del settore aerospaziale e della tecnologia energetica.
Un’area chiave della ricerca è l’analisi della compatibilità all’idrogeno dei materiali. L’idrogeno, una fonte di energia ecologica, può causare danni alla microstruttura dei materiali, influenzandone quindi le proprietà meccaniche. MCL è pertanto focalizzata sulla ricerca nelle interazioni fra idrogeno e materiali e sul modo in cui il materiale si modifica in caso di esposizione all’idrogeno. Sulla base dei risultati ottenuti vengono sviluppati dei metodi per ottimizzare i materiali e dei metodi per la progettazione sicura dei componenti per gli ambienti ricchi di idrogeno.
MCL gestisce anche un laboratorio di prova accreditato secondo ISO IEC 17025 con i metodi di prova più importanti per le prove meccaniche sui metalli, ad esempio la prova di durezza, la prova di trazione, la prova di tenacità alla frattura, la prova di crescita della cricca per fatica e la prova di fatica. MCL offre inoltre soluzioni nella simulazione numerica e nello sviluppo di materiali basate su modelli per prevedere con precisione il comportamento dei materiali e rendere i processi più efficienti. Le analisi della degradazione e dei materiali sono la chiave per individuare precocemente i potenziali punti deboli e aumentare la durabilità dei componenti. Grazie all’esperienza interdisciplinare e alla stretta collaborazione con il settore industriale e la scienza, l’istituto contribuisce in modo significativo allo sviluppo di soluzioni di materiali innovative e sostenibili per il futuro.
Principali competenze ZwickRoell
- L’innovativa soluzione completa ZwickRoell per quanto riguarda l’idrogeno (“tutto da un unico fornitore”) è il pacchetto completo più vantaggioso.
- Esperienza pluriennale in quanto le macchine di ZwickRoell sono già disponibili.
- Esecuzione di diverse prove meccaniche della frattura.
- Qualità comprovata delle macchine ZwickRoell.
- Potente soluzione software e di calibrazione (testXpert).
Il task
Analisi precisa del comportamento in caso di danni sotto l’influenza dell’idrogeno
MCL Forschung GmbH fornisce dati importanti sui materiali per supportare sia la scienza che il settore industriale nello sviluppo di materiali adatti alle applicazioni dell’idrogeno. L’attenzione è incentrata all’analisi del comportamento in caso di danni (variazioni del materiale, formazione e propagazione della cricca) in diversi materiali, in particolare nei metalli, nel momento in cui entrano in contatto con l’idrogeno.
Tramite una caratterizzazione completa in condizioni di pressione e temperatura variabili, MCL simula condizioni di applicazione reali, ad esempio per i produttori di tubazioni e serbatoi per l’idrogeno. Analizza il modo in cui le cricche si sviluppano, crescono e influiscono sulla resistenza dei materiali.
I dati ottenuti sono fondamentali per lo sviluppo di materiali sicuri e durevoli che soddisfano i requisiti delle infrastrutture per l’idrogeno. I clienti di vari settori industriali, come quello della produzione e del trasporto di energia, traggono vantaggio da queste scoperte per migliorare i loro prodotti. MCL supporta in modo attivo la ricerca e sviluppo di soluzioni innovative nella tecnologia dell’idrogeno.
La soluzione ZwickRoell
Macchina di prova servoidraulica HA 100
La macchina di prova servoidraulica HA 100 è stata costruita per MCL per la caratterizzazione dei materiali sotto l’influenza dell’idrogeno. La HA 100 è attrezzata con un’autoclave integrata che consente pressioni fino a 400 bar e temperature da -50°C a +150°C. Questa macchina offre misurazioni precise di forza e allungamento e consente inoltre una misurazione precisa in sito dell’allungamento della cricca utilizzando il metodo del potenziale di corrente continua. Questo metodo prevede che una corrente venga fatta passare attraverso il campione e che venga misurata la variazione del potenziale come risultato della propagazione della cricca, determinandone in questo modo l’estensione.
Questa attrezzatura speciale consente a MCL di eseguire prove quasi-statiche, di fatica e della meccanica della frattura (HCF, LCF) con una flessibilità elevata per quanto riguarda le dimensioni dei provini. Al fine di eseguire le prove in modo accurato, è importante che tutti i sensori di misurazione (ad esempio di forza, espansione dell’intaglio, deformazione, ma anche della lunghezza della cricca in sito) effettuino misurazioni affidabili e con la massima precisione, anche in condizioni estreme (ad es. pressioni e temperature elevate). Abbiamo dedicato particolare attenzione a questo aspetto, ad esempio alla misurazione ad alta precisione della forza con compensazione della pressione, sia in un intervallo di forza elevato che ridotto, in modo che questo sistema soddisfi anche tutti i requisiti standard relativi alla precisione dei sensori.
Per misurazioni della lunghezza della cricca molto precise, è possibile utilizzare il metodo di caduta del potenziale di corrente continua (DCPD), in funzione presso MCL da molti anni, oltre al tradizionale metodo della conformità. Questo garantisce una misurazione della lunghezza della cricca molto precisa, affidabile e sicura, che è fondamentale per prove di meccanica della frattura complesse (curve J-R e fatica con crescita della cricca). Durante l’allestimento della macchina con il software, particolare attenzione è stata posta nel garantire che venissero eseguiti e valutati i principali metodi di prova standardizzati per le prove sui metalli, quali prove di trazione, misurazione della tenacità alla frattura, fatica con crescita della cricca, nonché prove di fatica a deformazione controllata.
Grazie all’attrezzatura specifica di cui sopra, la macchina HA 100 è una soluzione completa sia per la ricerca e sviluppo che per le prove nella tecnologia dell’idrogeno. Supporta pertanto MCL nello sviluppo di materiali sicuri ed efficienti per il futuro.
Il risultato
Prove sui materiali efficienti e precise
Grazie a HA 100, MCL ora è in grado di eseguire prove meccaniche complesse con idrogeno ad alta pressione e altre miscele di idrogeno gassoso con una temperatura di prova da -50°C a 150°C. Questo sistema di prova ad alta precisione consente a MCL di specializzarsi, fra le altre cose, nella meccanica della frattura sotto l’influenza dell’idrogeno e al contempo affrontare con successo le sfide legate all’idrogeno.
Con oltre 25 anni di esperienza nel settore delle prove sui materiali, MCL vanta già una vasta esperienza metodologica. MCL gestisce anche un laboratorio di prova accreditato a norma ISO IEC 17025 con attualmente 18 procedure di prova nel campo delle prove meccaniche, dove è possibile eseguire prove affidabili e di alta qualità mediante procedure di prova standardizzate. MCL progetta inoltre di integrare nell’accreditamento metodi di prova dell’idrogeno in atmosfera. Grazie alla macchina HA100, MCL ha ora un vantaggio sulla concorrenza. Questo è dovuto al fatto che l’esperienza pluriennale maturata con le procedure di prova standard ora può essere applicata immediatamente anche nel campo dell’idrogeno in atmosfera, aumentando così l’efficienza e la competitività dei servizi offerti. MCL è anche in grado di fornire risultati rapidi e affidabili e aiuta i clienti a sviluppare materiali e prodotti più sicuri e performanti. Di conseguenza, MCL è il partner ideale nella soddisfazione delle richieste crescenti del settore industriale e nell’incentivare lo sviluppo di materiali innovativi.
“La combinazione di precisione e flessibilità elevate ci consente di eseguire in modo efficiente e preciso anche le prove più complesse sotto l’influenza dell’idrogeno e di sviluppare soluzioni innovative per i materiali”.
Dr. Stefan Marsoner,
Capo del dipartimento Materiali e Servizi, Materials Center Leoben Forschung GmbH.
