Material Center Leoben wykorzystuje HA 100 do precyzyjnej analizy materiałów pod wpływem wodoru
Case Study
- Klient: Materials Center Leoben Forschung GmbH
- Miejscowość: Leoben, Austria
- Branża: Instytuty i Akademia, Metal, Badania kontraktowe
- Temat: MCL: Badanie materiałów i komponentów pod wpływem wodoru
Styczeń 2025
W Material Center Leoben (MCL) do badania materiałów pod wpływem wodoru wykorzystywana jest serwohydrauliczna maszyna wytrzymałościowa HA100 firmy ZwickRoell.Z pomocą autoklawu (do 400 bar, -50 °C do +150 °C) i wysoce precyzyjnej technologii pomiaru siły, wydłużenia i długości pęknięcia umożliwia precyzyjne badania mechaniki pękania.Ze względu na możliwość wykonywania wszelkich badań quasi-statycznych, mechanicznych pęknięć i dynamicznych na próbkach makroskopowych (np. LCF , da/dN , J1C / K1C maszyna dostarcza kluczowych danych do rozwoju materiałów w ekstremalnych warunkach.Do pomiaru długości pęknięć stosuje się również metodę pomiaru potencjału prądu stałego (DCPD).
Materials Center Leoben Forschung GmbH
MCL wyznacza nowe standardy w badaniu materiałów
Materials Center Leoben (MCL) jest wiodącym instytutem badawczym w dziedzinie nauki o materiałach, specjalizującym się w opracowywaniu, optymalizacji i charakteryzowaniu innowacyjnych materiałów do zastosowań przemysłowych. MCL zostało założone w 1999 roku jako spółka z ograniczoną odpowiedzialnością i od samego początku dała się poznać jako kompetentny partner dla branży. Właściciele podkreślają silne korzenie akademickie: Montanuniversität Leoben, Joanneum Research, Leoben Holding, Austriacka Akademia Nauk, Uniwersytet Techniczny w Wiedniu i Uniwersytet Techniczny w Grazu. Jako ośrodek kompetencji w zakresie materiałów i powierzchni, MCL wspiera swoich partnerów w opracowywaniu wysokowydajnych i zrównoważonych materiałów, w szczególności w dziedzinach mikroelektroniki, inżynierii mechanicznej, lotnictwa i technologii energetycznych.
Kluczowym obszarem badań jest analiza kompatybilności materiałów z wodorem. Wodór, jako przyjazny dla środowiska nośnik energii, może powodować uszkodzenia mikrostruktury materiałów, a tym samym wpływać na ich właściwości mechaniczne. Dlatego też MCL koncentruje się na badaniach nad interakcjami wodoru z materiałami oraz nad zmianami zachodzącymi w materiałach na skutek narażenia na wodór. Na podstawie uzyskanych wyników opracowano metody optymalizacji materiałów oraz metody bezpiecznego projektowania podzespołów przeznaczonych do pracy w środowiskach bogatych w wodór.
Ponadto MCL prowadzi laboratorium badawcze akredytowane zgodnie z normą ISO IEC 17025, wykorzystujące najważniejsze metody badawcze do badania mechanicznego materiałów metalowych, takie jak badanie twardości, badanie wytrzymałości na rozciąganie, badanie odporności na pękanie, badanie wzrostu pęknięć zmęczeniowych i badania zmęczeniowe. MCL oferuje również rozwiązania z zakresu symulacji numerycznej i rozwoju materiałów w oparciu o modele, pozwalające na dokładne przewidywanie zachowania materiałów i zwiększenie wydajności procesów. Analiza uszkodzeń i analiza materiałów odgrywają kluczową rolę w identyfikowaniu potencjalnych słabych punktów na wczesnym etapie i zwiększaniu żywotności podzespołów. Dzięki interdyscyplinarnej wiedzy specjalistycznej i ścisłej współpracy z przemysłem i nauką instytut wnosi znaczący wkład w rozwój innowacyjnych i zrównoważonych rozwiązań materiałowych na przyszłość.
Najwyższe kompetencje ZwickRoell
- Innowacyjne kompleksowe rozwiązanie ZwickRoell w zakresie wodoru („Wszystko z jednej ręki“) jako najbardziej ekonomiczny pakiet.
- Wieloletnie doświadczenie, ponieważ maszyny ZwickRoell są już dostępne.
- Przeprowadzanie różnych badań mechaniki pękania.
- Sprawdzona jakość maszyn ZwickRoell.
- Potężne rozwiązanie programowe i kalibracyjne (testXpert).
Zadanie
Dokładne badanie zachowania się uszkodzeń pod wpływem wodoru
W celu opracowania materiałów nadających się do zastosowań wodorowych firma MCL Forschung GmbH dostarcza ważne dane materiałowe, które stanowią wsparcie zarówno dla nauki, jak i przemysłu. Koncentrujemy się na badaniu zachowania się uszkodzeń (zmiany materiału, powstawanie pęknięć i rozprzestrzenianie się pęknięć) w różnych materiałach, zwłaszcza w metalach, w momencie ich kontaktu z wodorem.
Dzięki kompleksowej charakterystyce w zmiennych warunkach ciśnienia i temperatury, MCL symuluje rzeczywiste warunki zastosowań – na przykład dla producentów rurociągów, zbiorników i rur wodorowych. Badane są kwestie, w jaki sposób i czy pęknięcia powstają, rozwijają się, a także jak zmienia się odporność materiałów na pękanie.
Uzyskane dane mają kluczowe znaczenie dla opracowania bezpiecznych i trwałych materiałów spełniających wymagania infrastruktury wodorowej. Klienci z różnych branż, takich jak energetyka i transport, korzystają z tych informacji, aby udoskonalać swoje produkty. MCL aktywnie wspiera dalszy rozwój i poszukiwanie innowacyjnych rozwiązań w dziedzinie technologii wodorowej.
Rozwiązanie firmy ZwickRoell
Serwo-hydrauliczna maszyna wytrzymałościowa HA 100
Serwo-hydrauliczna maszyna wytrzymałościowa HA 100 została zbudowana dla firmy MCL w celu charakteryzowania materiałów pod wpływem wodoru. Urządzenie HA 100 jest wyposażone w zintegrowany autoklaw , który umożliwia pracę przy ciśnieniu do 400 bar i temperaturze od -50 °C do +150 °C. Urządzenie umożliwia precyzyjne pomiary siły i wydłużenia, a także precyzyjny pomiar in-situ rozciągnięcia pęknięć metodą pomiaru potencjału prądu stałego. Przez próbkę przepuszcza się prąd i mierzy się zmianę potencjału spowodowaną rozprzestrzenianiem się pęknięcia, co pozwala dokładnie określić zasięg pęknięcia.
Dzięki temu specjalistycznemu sprzętowi MCL może wykonywać badania quasi-statyczne, badania mechaniki pękania, a także badania zmęczeniowe (HCF, LCF) z dużą elastycznością pod względem wielkości próbek. Aby móc przeprowadzać badania dokładnie, ważne jest, aby wszelkie czujniki pomiarowe (takie jak siła, rozszerzalność karbu, wydłużenie, ale także pomiar długości pęknięcia in-situ) mierzyły niezawodnie i z najwyższą precyzją nawet w ekstremalnych warunkach (np. wysokie ciśnienie, temperatury). W tym systemie zwrócono na to szczególną uwagę, np. w odniesieniu do pomiaru siły z kompensacją ciśnienia i wysoką precyzją zarówno w zakresie małej, jak i dużej siły, dzięki czemu system ten spełnia również wszystkie standardowe wymagania, dotyczące dokładności tych czujników.
Aby uzyskać bardzo precyzyjne pomiary długości pęknięć, system może wykorzystywać nie tylko powszechnie stosowaną metodę podatności, ale również metodę potencjału prądu stałego (DCPD), która od wielu lat jest stosowana w MCL. Zapewnia to niezwykle precyzyjny, niezawodny i bezpieczny pomiar długości pęknięcia, co jest niezwykle istotne w przypadku złożonych badań mechaniki pękania (krzywe J-R, a także wzrost pęknięć zmęczeniowych). Przy wyposażaniu maszyny wytrzymałościowej w oprogramowanie szczególny nacisk położono na zapewnienie możliwości przeprowadzenia i oceny najważniejszych znormalizowanych metod badawczych do badań materiałowych metali w zakresie prób rozciągania, pomiarów odporności na pękanie, wzrostu pęknięć zmęczeniowych oraz badań zmęczeniowych kontrolowanych wydłużeniem.
Dzięki wyżej wymienionemu wyposażeniu HA 100 stanowi kompletne rozwiązanie zarówno do prac badawczo-rozwojowych, jak i testowania technologii wodorowej. W ten sposób wspieramy firmę MCL w opracowywaniu bezpiecznych i wydajnych materiałów na przyszłość.
Wynik
Wydajne i precyzyjne badanie materiałów
Dzięki urządzeniu HA 100 firma MCL będzie teraz mogła przeprowadzać skomplikowane badania mechaniczne w warunkach wysokiego ciśnienia wodoru i innych mieszanin wodoru, w zależności od temperatury badania wynoszącej od -50 °C do 150 °C. To niezwykle precyzyjne rozwiązanie w zakresie systemów badawczych pozwala MCL specjalizować się m.in. w mechanice pękania pod wpływem wodoru, a jednocześnie skutecznie radzić sobie z wyzwaniami związanymi z ekspozycją na wodór.
Mając około 25-letnie doświadczenie w dziedzinie badań materiałowych, MCL dysponuje już wszechstronną wiedzą metodologiczną. Ponadto MCL prowadzi laboratorium badawcze akredytowane zgodnie z normą ISO IEC 17025, posiadające aktualnie 18 procedur badawczych z zakresu badań mechanicznych, co gwarantuje najwyższą jakość i niezawodność badań przeprowadzanych przy użyciu znormalizowanych procedur badawczych. MCL planuje również włączenie do akredytacji procedur badawczych w atmosferze wodoru. Dzięki zastosowaniu HA100 firma MCL zyskała przewagę konkurencyjną. Powód: Wieloletnie doświadczenia w zakresie standardowych procedur badawczych można teraz zastosować również bezpośrednio w atmosferze wodoru, zwiększając w ten sposób wydajność i opłacalność usług. Ponadto MCL jest w stanie zapewnić szybkie i niezawodne wyniki oraz pomóc swoim klientom w opracowywaniu bezpieczniejszych i wydajniejszych materiałów i produktów. Dzięki temu MCL jest doskonale przygotowana do zaspokojenia rosnących wymagań branży i wspierania rozwoju innowacyjnych materiałów.
„Połączenie wysokiej precyzji i elastyczności pozwala nam na sprawne i precyzyjne przeprowadzanie nawet skomplikowanych badań pod wpływem wodoru oraz opracowywanie innowacyjnych rozwiązań materiałowych."
Dr. Stefan Marsoner,
Head of Department Materials & Services, Materials Center Leoben Forschung GmbH.
