A máquina de teste de tração de alta temperatura é baseada em uma máquina de teste universal eletrônica de controle de microcomputador, integrando um dispositivo de aquecimento de alta temperatura, um sistema de controle de temperatura e um sistema de medição de deformação de alta temperatura, que é capaz de obter com precisão os principais indicadores de desempenho mecânico do material, como o módulo elástico, a resistência à submissão, a resistência à tração, o alongamento após a ruptura, a taxa de contração de seção, etc., para o desenvolvimento de materiais, o controle de qualidade e o projeto de engenharia.

Visão geral do equipamento e funções principais

A missão principal é revelar as leis do comportamento de tensão-tensão dos materiais, desde a temperatura ambiente até as temperaturas ultraaltas.

Princípio de funcionamento: Seu princípio básico de funcionamento é consistente com a máquina de teste de alongamento a temperatura normal, isto é, aplicar uma carga de alongamento axial a uma amostra padronizada (geralmente em forma de barra ou placa) até que ela se submeta, fortaleça e até quebre. A principal diferença é que todo o processo de teste é realizado em um ambiente de alta temperatura controlado com precisão.

Funções principais:

Teste de propriedades mecânicas de alta temperatura: medir com precisão vários indicadores de resistência e plástico do material a altas temperaturas.

Teste de resistência ao rastreamento e à durabilidade (alguns modelos estão disponíveis): sob altas temperaturas constantes e cargas constantes, testar o comportamento de rastreamento do material que se deforma lentamente ao longo do tempo ou até a durabilidade da ruptura.

Teste de relaxação de tensão (alguns modelos estão disponíveis): mantém a deformação total da amostra inalterada e mede o comportamento de sua diminuição gradual de tensão interna ao longo do tempo.

II. Principais estruturas e composições

Uma máquina de teste de tração de alta temperatura completa é um sistema complexo que consiste principalmente das seguintes partes:

1. Carregamento da estrutura (host):

Fornece uma fonte de força para aplicar uma carga de alongamento. Geralmente, a estrutura de um parafuso de bola é acionada por um servomotor para garantir a estabilidade, a precisão e a flexibilidade do controle da carga. A estrutura deve ter rigidez e estabilidade extremamente elevadas para minimizar os erros do sistema.

2​​. Sistema de forno de alta temperatura (módulo principal):

Este é o "coração" das máquinas de teste de alta temperatura para fornecer um ambiente de alta temperatura uniforme, estável e preciso para amostras. Existem dois tipos principais:

Forno de resistência: a forma mais comum. Utilizando o aquecedor de resistência de alto desempenho (como MoSi₂ barra de silício-molibdênio, fio de liga de alumínio ferro-cromo Kanthal) como elemento de aquecimento, o controle de temperatura precisa é ajustado pela potência através do controlador PID de precisão. O interior do fogão geralmente é isolado por uma tela de radiação metálica de múltiplas camadas ou fibra cerâmica para obter uma área uniforme de alta temperatura e poupança de energia.

Forno de aquecimento por indução: Use o princípio de indução eletromagnética para gerar um fluxo turbulento dentro da amostra para aquecer a amostra diretamente. Sua vantagem é que a velocidade de aquecimento é extremamente rápida, a inércia térmica é pequena, mas há requisitos para a forma e o material da amostra, e a dificuldade de controlar a uniformidade da temperatura é maior.

O centro do forno tem uma zona de temperatura média, a flutuação da temperatura da área deve ser estritamente controlada dentro dos requisitos padrão, e o comprimento de trabalho da amostra deve estar dentro dessa área.

Sistema de medição e controle de temperatura:

Componente de medição de temperatura: geralmente é usado termopar de ródio de platina tipo S ou R, devido à sua alta precisão e boa estabilidade, é adequado para ambientes de alta temperatura. Os termopares precisam entrar em contacto próximo com o segmento da amostra para medir diretamente a temperatura da amostra.

Sistema de controle de temperatura: o uso de algoritmo de controle inteligente PID de múltiplas seções para ajustar a saída de potência do elemento de aquecimento em tempo real de acordo com o sinal de feedback do termopar para garantir a estabilidade e a precisão da temperatura durante todo o processo de teste.

Sistema de medição de deformação - extensômetro:

Essa é a chave para obter dados plásticos precisos. Ambientes de alta temperatura representam um grande desafio para a medição de deformação.

Estensímetro de contato: geralmente é usada uma estrutura de boca de faca de dois braços, a boca de faca é segurada suavemente na amostra pela força da mola. A principal dificuldade é a necessidade de ser fabricado com materiais resistentes a altas temperaturas (por exemplo, boças de ferramenta de cerâmica, braços de liga de níquel da Incon) e proteger seus deformadores internos e componentes eletrônicos através de sistemas de refrigeração a água.

Estensímetros de vídeo sem contato: tecnologias que evoluíram rapidamente nos últimos anos. A deformação é calculada por um algoritmo de imagem com pontos de marcação de alta temperatura pré-fabricados na amostra de teste do espelho de alta temperatura. Sua vantagem é a ausência de contato, evitando o efeito da força de contato no teste de materiais macios, especialmente para temperaturas ultraaltas ou ambientes difíceis.

Sistemas de recolha e controle de dados:

As máquinas modernas de teste de tracção de alta temperatura são controladas por computador através de software dedicado. Responsável pelo software:

Configurar e controlar a temperatura do teste, a taxa de carga ou a taxa de tensão.

Captura em tempo real de sinais de carga, deslocamento, deformação (de extensômetro) e temperatura.

A curva de tensão-tensão é exibida em tempo real e todos os parâmetros de desempenho mecânico são calculados e analisados automaticamente após o teste, gerando relatórios de teste.

Os principais desafios e soluções tecnológicas

Uniformidade de temperatura: garantir que a temperatura seja uniforme dentro do intervalo da amostra é uma premissa para obter dados confiáveis. Solucionado por meio de um design otimizado do forno, controle de temperatura independente de várias zonas e materiais de isolamento de alta eficiência.

O par de amostra e fixação é neutro: qualquer pequena excentricidade produz um torque de curvatura adicional, o que resulta em resultados de teste incorretos. Devem ser usadas fixações de rolamentos unidirecionais ou esféricos para garantir um alongamento axial puro.

Oxidação e poluição a altas temperaturas: muitos metais oxidam fortemente a altas temperaturas, levando à degradação do desempenho. A solução consiste em introduzir um gás inerte de proteção (como argão de alta pureza) no forno ou bombear vácuo para isolar o oxigênio.

Precisão e confiabilidade do extensômetro: a fixação estável do extensômetro de contato e a estabilidade do sinal em altas temperaturas são dificuldades técnicas. O extensômetro de vídeo sem contato é a direção do futuro.

Principais áreas de aplicação

1. Aeroespacial: testar o desempenho das lâminas da turbina do motor, materiais da câmara de combustão, aço de alta resistência e ligas de titânio em altas temperaturas.

2​. Energia elétrica: avaliar a resistência duradoura e o desempenho de deslizamento de tubos e componentes de ligas a base de níquel e aço resistente ao calor para usinas térmicas, centrais nucleares.

3​. Indústria automotiva: Desenvolvimento e validação de materiais para sistemas de escape de motores e componentes de turbocompressores.

Pesquisa científica de materiais: desenvolvimento de novos tipos de ligas de alta temperatura, compostos intermetais, compostos à base de cerâmica (CMC) e compostos de carbono e carbono.

Metalurgia e indústria de fabricação: controle de qualidade, verificação do efeito do processo de tratamento térmico, avaliação do desempenho de alta temperatura da junção de solda.

V. Resumo

A máquina de teste de tração de alta temperatura é um dos equipamentos de maior conteúdo técnico no campo do teste de materiais, que combina máquinas de precisão, aquecimento de alta temperatura, controle de precisão e software avançado em um só. Seus dados de teste são o "padrão de ouro" para avaliar a confiabilidade de serviço de materiais em ambientes de acoplamento térmico-forçado. À medida que os novos materiais se desenvolvem em direção a temperaturas mais altas e aplicações ambientais mais difíceis, os limites de temperatura, a precisão de controle e a capacidade de teste de máquinas de teste de tração de alta temperatura também exigem mais, continuando a impulsionar o progresso contínuo desta tecnologia.