La máquina de prueba de tracción de alta temperatura es una máquina de prueba universal electrónica controlada por microcomputadoras que integra dispositivos de calentamiento de alta temperatura, sistemas de control de temperatura y sistemas de medición de deformación de alta temperatura. puede obtener con precisión indicadores clave de rendimiento mecánico como módulo de elasticidad, resistencia al rendimiento, resistencia a la tracción, elongación después de la rotura y contracción de Sección de materiales simulando las condiciones reales de servicio de alta temperatura de los materiales (como palas de motor, tuberías nucleares, estructuras de protección térmica de naves espaciales, etc.) y proporcionar datos importantes para la investigación y el desarrollo de materiales, el control de calidad y el diseño de ingeniería.

I. visión general del equipo y funciones básicas

Misión central: revelar la Ley del comportamiento de estrés y tensión del material desde la temperatura ambiente hasta la temperatura súper alta.

Principio de funcionamiento: su principio básico de funcionamiento es el mismo que el de la máquina de prueba de tracción a temperatura ambiente, es decir, aplicar una carga de tracción axial a la muestra estandarizada (generalmente en forma de barra o placa) hasta que se produzca el rendimiento, el refuerzo e incluso la rotura. La diferencia central es que todo el proceso de prueba se realiza en un ambiente de alta temperatura preciso y controlable.

Funciones básicas:

1. prueba de propiedades mecánicas a alta temperatura: medir con precisión los indicadores de resistencia y plasticidad de los materiales a alta temperatura.

2. prueba de resistencia a la fluencia y resistencia a la rotura (algunos modelos tienen): comportamiento de fluencia del material de prueba que se deforma lentamente con el tiempo o vida útil a la rotura a altas temperaturas constantes y cargas constantes.

3. prueba de relajación de estrés (algunos modelos tienen): mantener la deformación total de la muestra sin cambios y medir el comportamiento de la disminución gradual del estrés interno con el tiempo.

II. estructura y composición principales

Una máquina completa de prueba de tracción a alta temperatura es un sistema complejo que consta principalmente de las siguientes partes:

1. marco de carga (host):

Proporciona una fuente de fuerza para aplicar cargas de tracción. Por lo general, se utiliza una estructura de tornillo de bola impulsado por un servomotor para garantizar la estabilidad, precisión y flexibilidad del control de la carga. El marco debe tener una rigidez y estabilidad súper altas para minimizar los errores del sistema.

2. Sistema de horno de alta temperatura (módulo central):

Este es el "corazón" de la máquina de prueba de alta temperatura, que se utiliza para proporcionar un ambiente de alta temperatura uniforme, estable y preciso para las muestras. Hay dos tipos principales:

Horno de resistencia: la forma más común. Se utilizan calentadores de resistencia de alto rendimiento (como barras de silicio y molibdeno mosi, alambre de aleación de hierro, cromo y aluminio kanthal) como elementos de calefacción, y la Potencia se ajusta a través de un controlador Pi de precisión para lograr un control preciso de la temperatura. El interior del horno generalmente se aísla con una pantalla de radiación metálica multicapa o fibra cerámica para lograr una zona uniforme de alta temperatura y ahorro de energía.

Horno de calentamiento por inducción: utilizando el principio de inducción electromagnética, se produce un vórtice en el interior de la muestra, calentando así directamente la muestra. Su ventaja es que la velocidad de calentamiento es extremadamente rápida y la inercia térmica es pequeña, pero hay requisitos para la forma y el material de la muestra, y el control de la uniformidad de la temperatura es difícil.

Hay una zona de temperatura uniforme en el centro del horno, donde las fluctuaciones de temperatura deben controlarse estrictamente dentro de los requisitos estándar, y la longitud de trabajo de la muestra debe estar en esta Zona.

3. sistema de medición y control de temperatura:

Elemento de medición de temperatura: por lo general, se utilizan termómetros de platino y rodio de tipo s o r, debido a su alta precisión y estabilidad, adecuados para ambientes de alta temperatura. Los termómetros deben entrar en contacto cercano con la Sección de distancia estándar de la muestra para medir directamente la temperatura de la muestra.

Sistema de control de temperatura: se utiliza un algoritmo de control inteligente multipuerto EIP para ajustar la salida de potencia del elemento de calefacción en tiempo real de acuerdo con la señal de retroalimentación del par térmico para garantizar la estabilidad y precisión de la temperatura durante todo el proceso de prueba.

4. sistema de medición de deformación - extensor:

Esta es la clave para obtener datos plásticos precisos. El entorno de alta temperatura plantea altos desafíos para la medición de la deformación.

Extensor de contacto: generalmente se utiliza una estructura de cuchillo de doble brazo, y el cuchillo se sujeta suavemente a la muestra a través de la fuerza del resorte. La dificultad central es que debe fabricarse utilizando materiales resistentes a altas temperaturas (como cuchillos cerámicos, brazos de aleación de inconel) y que pueden proteger sus medidores de tensión internos y componentes electrónicos a través de sistemas de refrigeración por agua.

Extensor de vídeo sin contacto: tecnología que se ha desarrollado a gran velocidad en los últimos años. Los puntos de marca de alta temperatura preestablecidos en la muestra se observan a través de tubos de alta temperatura y la deformación se calcula a través de algoritmos de imagen. Su ventaja es que no hay contacto, evitando el impacto de la fuerza de contacto en las pruebas de materiales blandos, especialmente adecuados para temperaturas súper altas o ambientes hostiles.

Sistema de adquisición y control de datos:

Las modernas máquinas de prueba de tracción de alta temperatura están controladas por computadoras a través de software especial. El software es responsable de:

Establecer y controlar la temperatura de prueba, la tasa de carga o la tasa de deformación.

Las señales de carga, desplazamiento, deformación (del extensor) y temperatura se recogen en tiempo real.

Mostrar la curva de tensión - tensión en tiempo real y calcular y analizar automáticamente todos los parámetros de rendimiento mecánico después del ensayo para generar el informe de prueba.

III. desafíos y soluciones tecnológicas clave

1. uniformidad de la temperatura: garantizar que la altura de la temperatura dentro de la distancia estándar de la muestra sea uniforme es un requisito previo para obtener datos creíbles. Se resuelve mediante un diseño optimizado del cuerpo del horno, un control de temperatura independiente multizona y materiales de aislamiento térmico eficientes.

2. neutralidad de la muestra con la pinza: cualquier pequeña excentricidad producirá un momento de flexión adicional, lo que dará lugar a resultados de prueba inexactos. Se deben utilizar juntas universales o pinzas de rodamiento esférico para garantizar el estiramiento axial puro.

3. oxidación y contaminación a altas temperaturas: muchos metales se oxidan violentamente a altas temperaturas, lo que conduce a la degradación de las propiedades. La solución es introducir gases de protección inertes (como argón de alta pureza) o bombear vacío en el horno para aislar el oxígeno.

4. precisión y fiabilidad del extensor: la retención estable y la estabilidad de la señal del extensor de contacto a altas temperaturas son dificultades técnicas. El extensor de vídeo sin contacto es la dirección de desarrollo futuro.

IV. principales áreas de aplicación

1. aeroespacial: probar las propiedades de las palas de turbina del motor, materiales de Cámara de combustión, acero de alta resistencia y aleación de titanio a altas temperaturas.

2. Energía eléctrica: evaluar la resistencia a la rotura y las propiedades de arrastre del acero resistente al calor, tuberías y componentes de aleación a base de níquel para centrales térmicas y nucleares.

3. Industria automotriz: para el desarrollo y verificación de sistemas de escape de motores y materiales de componentes de turbocompresores.

4. investigación científica de materiales: desarrollo de nuevas aleaciones de alta temperatura, compuestos intermetálicos, materiales compuestos a base de cerámica (cmc) y materiales compuestos de carbono y carbono.

5. metalurgia y fabricación: control de calidad, inspección del efecto del proceso de tratamiento térmico y evaluación del rendimiento a alta temperatura de las juntas de soldadura.

V. Resumen

La máquina de prueba de tracción de alta temperatura es uno de los equipos con mayor contenido técnico en el campo de las pruebas de materiales, que integra maquinaria de precisión, calefacción de alta temperatura, medición y control precisos y software avanzado. Sus datos de prueba son el "estándar de oro" para evaluar la fiabilidad de los materiales en servicio en un entorno de acoplamiento térmico - mecánico. Con el desarrollo de nuevos materiales hacia aplicaciones de mayor temperatura y ambiente peor, también se plantean mayores requisitos para el límite superior de temperatura, la precisión de control y la capacidad de prueba de la máquina de prueba de tracción de alta temperatura, lo que sigue promoviendo el progreso continuo de esta tecnología.