Die Hochtemperatur-Zugprüfmaschine basiert auf der Mikrocomputer-Steuerung der elektronischen Universal-Testmaschine, die eine Hochtemperatur-Heizungseinrichtung, ein Temperaturregelsystem und ein Hochtemperatur-Verformungsmesssystem integriert. Sie kann unter den tatsächlichen hohen Temperaturbedingungen des Materials (wie Motorblatt, Kernkraftleitung, Raumschiffs-Wärmeschutzstruktur usw.) genau das Elastizitätsmodul, die Zugfestigkeit, die Zugfestigkeit, die Dehnbarkeit nach dem Bruch, die Schnittschrumpfung und andere Schlüsselmechaniken des Materials erfassen, um wichtige Daten für die Materialentwicklung, die Qualitätskontrolle und das Engineering zu unterstützen.

Einrichtungsüberblick und Kernfunktionen

Kernmission: Entdecken Sie die Regeln des Spannungsverhalten von Materialien bei Raumtemperatur bis hin zu extrem hohen Temperaturen.

Arbeitsprinzip: Sein grundlegendes Arbeitsprinzip ist im Einklang mit der Regeltemperatur-Zugprüfmaschine, d. h. die axiale Zuglast auf eine standardisierte Probe (in der Regel in Form von Stäben oder Platten) auferlegt wird, bis sie nachgebend, verstärkt oder sogar gebrochen wird. Der Hauptunterschied besteht darin, dass der gesamte Testprozess in einer präzise kontrollierten Hochtemperaturumgebung durchgeführt wird.

Kernfunktionen:

Test der mechanischen Eigenschaften bei hohen Temperaturen: Präzise Messung der verschiedenen Festigkeits- und Kunststoffindikatoren des Materials bei hohen Temperaturen.

2. Kriech- und Dauerfestigkeitsprüfung (einige Modelle sind verfügbar): Bei konstanten hohen Temperaturen und konstanten Belastungen wird das Kriechverhalten des Materials, das sich langsam verformt, oder die dauerhafte Lebensdauer bis zum Bruch getestet.

3. Stressrelaxationstest (einige Modelle sind verfügbar): Halten Sie die Gesamtdeformation der Probe unverändert und messen Sie das Verhalten der allmählichen Abnahme der inneren Spannung im Laufe der Zeit.

II. Hauptstruktur und Zusammensetzung

Eine komplette Hochtemperatur-Zugprüfmaschine ist ein komplexes System, das hauptsächlich aus den folgenden Teilen besteht:

1. Laderahmen (Host):

Bereitstellung einer Kraftquelle für die Ausübung der Zuglast. Die Struktur der Kugelschrauben wird in der Regel mit Servomotoren angetrieben, um die Gleichheit, Genauigkeit und Flexibilität der Steuerung zu gewährleisten. Der Rahmen muss eine extrem hohe Steifigkeit und Stabilität aufweisen, um Systemfehler zu minimieren.

2​​. Hochtemperaturofensystem (Kernmodul):

Dies ist das „Herz“ der Hochtemperatur-Testmaschine, um eine homogene, stabile und präzise Hochtemperatur-Umgebung für Proben zu bieten. Es gibt hauptsächlich zwei Arten:

Widerstandsofen: Die häufigste Form. Mit einem leistungsstarken Widerstandsheizkörper (wie MoSi₂ Silizium-Molybdenum-Stab, Kanthal-Eisen-Chrom-Aluminium-Legierung-Draht) als Heizelement wird die Leistung durch einen präzisen PID-Regler geregelt, um eine präzise Temperaturregelung zu erreichen. Im Inneren des Ofens wird in der Regel ein mehrschichtiger Metallstrahlungsschirm oder eine keramische Faser verwendet, um eine hohe Temperaturgleichmäßigkeit und Energieeinsparung zu erzielen.

Induktionsbeheizungsofen: Durch das elektromagnetische Induktionsprinzip wird ein Wirbelstrom innerhalb der Probe erzeugt, um die Probe direkt zu erhitzen. Der Vorteil ist, dass die Erwärmungsgeschwindigkeit sehr schnell ist, die Wärmeträgheit klein ist, aber die Form und das Material der Probe sind anforderlich und die Temperaturgleichmäßigkeit ist schwieriger zu kontrollieren.

In der Mitte des Ofens gibt es eine Mitteltemperaturzone, in der Temperaturschwankungen streng innerhalb der Standardanforderungen kontrolliert werden müssen, und die Arbeitslänge der Probe muss in diesem Bereich liegen.

Temperaturmess- und Kontrollsystem:

Temperaturmesserelemente: Normalerweise werden Platin-Rhodium-Thermoelemente des Typs S oder R verwendet, die aufgrund ihrer hohen Genauigkeit und guten Stabilität für hohe Temperaturen geeignet sind. Das Thermoelektroelement muss in engem Kontakt mit dem Probenabstandsabschnitt stehen, um die Probentemperatur direkt zu messen.

Temperaturkontrollsystem: Der intelligente PID-Steueralgorithmus mit mehreren Abschnitten regelt die Leistungsausgabe der Heizelemente in Echtzeit basierend auf dem Rückkoppelsignal des Thermoelektrons, um die Stabilität und Genauigkeit der Temperatur während des gesamten Testprozesses zu gewährleisten.

4. Deformationsmesssystem - Streckmesser:

Dies ist der Schlüssel zum Erhalt genauer plastischer Daten. Hochtemperaturumgebungen stellen eine hohe Herausforderung für die Verformungsmessung dar.

Kontaktdehnmeter: In der Regel wird die Struktur mit zwei Armen verwendet, die durch die Federkraft sanft an der Probe gehalten werden. Die Hauptschwierigkeit besteht darin, dass sie mit hochtemperaturbeständigen Materialien (z. B. Keramikmünden, Incon Nickel-Legierungsarmkörper) hergestellt werden müssen und ihre inneren Spannungen und Elektronikkomponenten durch Wasserkühlungssysteme schützen können.

Kontaktlose Videostreckmesser: Technologie, die sich in den letzten Jahren schnell entwickelt hat. Die Veränderung wird mittels eines Bildalgorithmus berechnet, indem die vorgefertigten Temperaturmarkierungspunkte auf der Testprobe des Hochtemperaturspiegels verwendet werden. Der Vorteil ist, dass es keine Berührung hat und die Auswirkungen der Berührungskraft auf die Prüfung weicher Materialien vermieden wird, insbesondere bei extrem hohen Temperaturen oder rauen Umgebungen.

Datenerfassung und -steuerung:

Moderne Hochtemperatur-Zugprüfmaschinen werden von Computern über spezielle Software gesteuert. Die Software ist verantwortlich für:

Einstellen und steuern Sie die Testtemperatur, die Lastgeschwindigkeit oder die Spannungsgeschwindigkeit.

Erfassung von Lasten-, Verschiebungs-, Verformungs- und Temperatursignalen in Echtzeit.

Die Spannungs- und Dehnungskurve wird in Echtzeit angezeigt und alle mechanischen Leistungsparameter werden nach dem Test automatisch berechnet und analysiert, um einen Testbericht zu erstellen.

Wichtige technische Herausforderungen und Lösungen

1. Temperaturgleichmäßigkeit: Die Gewährleistung einer gleichmäßigen Temperaturhöhe innerhalb des Probenstands ist eine Voraussetzung für die Erhaltung zuverlässiger Daten. Lösung durch optimierte Gehäusedesign, unabhängige Temperaturregelung in mehreren Bereichen und effiziente Isolationsmaterialien.

Neutral zwischen Probe und Befestigung: Jede kleine Exzentrizität erzeugt zusätzliches Biegemoment, was zu falschen Testergebnissen führt. Um eine reine axiale Dehnung zu gewährleisten, müssen Universal- oder Kugellagereinrichtungen verwendet werden.

Oxidation und Verschmutzung bei hohen Temperaturen: Viele Metalle oxidieren stark bei hohen Temperaturen, was zu einer Verschlechterung der Leistung führt. Die Lösung besteht darin, in den Ofen ein inertes Schutzgas (z. B. hochreines Argon) einzuführen oder ein Vakuum zu pumpen, um Sauerstoff zu isolieren.

Genauigkeit und Zuverlässigkeit des Streckmessers: Der stabile Griff und die Signalstabilität des Kontaktstreckmessers bei hohen Temperaturen sind technische Schwierigkeiten. Kontaktlose Videostreckmesser sind die Zukunftsrichtung.

IV. Hauptanwendungsbereiche

1. Luft- und Raumfahrt: Testen Sie die Leistung von Motorturbinenblättern, Brennkammermaterialien, hochfestem Stahl und Titanlegierungen bei hohen Temperaturen.

2​. Energiestrom: Beurteilung der dauerhaften Festigkeit und der Kriegelfähigkeit von Rohren und Komponenten aus hitzebeständigem Stahl und Nickellegierungen für Wärmekraftwerke, Kernkraftwerke.

3​. Automobilindustrie: Für die Entwicklung und Validierung von Motorabgassystemen, Turbolader-Komponentenmaterialien.

Materialwissenschaftliche Forschung: Entwicklung neuer Hochtemperatur-Legierungen, Intermetallverbindungen, keramische Kompositen (CMC) und Kohlenstoff-Kohlenstoff-Kompositen.

Metallurgie und Fertigung: Qualitätskontrolle, Prüfung der Wärmebehandlungsprozesswirkung und Bewertung der Hochtemperaturleistung der Schweißverbindungen.

V. Zusammenfassung

Die Hochtemperatur-Zugprüfmaschine ist eine der technologischsten Geräte im Bereich der Materialprüfung, die Präzisionsmaschinen, Hochtemperatur-Heizung, Präzisionsmessung und fortschrittliche Software vereint. Die Testdaten sind der „goldene Standard“ zur Bewertung der Betriebssicherheit von Materialien in einer thermisch-kraftkoppelten Umgebung. Da sich neue Materialien in Richtung höherer Temperaturen und harsherer Umgebungsanwendungen entwickeln, stellen sich auch höhere Anforderungen an die Temperaturobergrenze, die Kontrollgenauigkeit und die Prüffähigkeit der Hochtemperatur-Zugprüfmaschine, die den kontinuierlichen Fortschritt dieser Technologie fördern.