La machine d'essai de traction à haute température est sur la base de la machine d'essai universelle électronique contrôlée par micro - ordinateur, intégrant un dispositif de chauffage à haute température, un système de contrôle de la température et un système de mesure de déformation à haute température, elle est capable d'obtenir avec précision le module d'élasticité, la limite d'élasticité, la résistance à la traction, l'allongement après rupture, le rétrécissement du profil et d'autres indicateurs de performance mécanique clés du matériau sous les conditions réelles de service à haute température du matériau simulé (telles que les pales du moteur, les tuyaux d'énergie nucléaire, la structure de protection thermique de l'engin spatial, etc.), fournissant un support de

I. Aperçu de l'équipement et fonctions de base

Mission principale: révéler les lois du comportement Stress - déformation des matériaux, de la température ambiante à la température ultra - élevée.

Principe de fonctionnement: son principe de fonctionnement de base est conforme à la machine d'essai de traction à température normale, c'est - à - dire qu'une charge de traction axiale est appliquée à un échantillon standardisé (généralement en forme de tige ou de plaque) jusqu'à ce qu'il soit soumis, renforcé ou même cassé. La principale différence est que l'ensemble du processus de test est effectué dans un environnement à haute température précisément contrôlable.

Fonctions de base:

Test de performance mécanique à haute température: mesure précise de la résistance et de la plasticité des matériaux à haute température.

Test de fluage et de résistance durable (disponible sur certains modèles): test du comportement au fluage du matériau avec une déformation lente dans le temps ou une durée de vie durable jusqu'à la rupture à température constante et charge constante.

3. Test de relaxation de la contrainte (disponible sur certains modèles): Gardez la déformation totale de l'échantillon inchangée, mesurez son comportement en termes de diminution progressive de la contrainte interne au fil du temps.

II. Structure et composition principales

Une machine complète d'essai de traction à haute température est un système complexe composé principalement des éléments suivants:

1. Chargement du Framework (hôte):

Fournit une source de force pour appliquer une charge de traction. La structure de la vis à billes entraînée par un servomoteur est généralement adoptée pour garantir la douceur du chargement, la précision et la flexibilité du contrôle. Le cadre doit avoir une rigidité et une stabilité extrêmement élevées pour minimiser les erreurs du système.

2. Système de four haute température (module de base):

C'est le "cœur" de la machine d'essai à haute température utilisée pour fournir un environnement à haute température uniforme, stable et précis pour les échantillons d'essai. Il existe principalement deux types:

Fours à résistance: la forme la plus courante. En utilisant un générateur de chaleur résistif de haute performance (par exemple, mosi₂ silicone molybdène tige, kanthal fer Chrome alliage d'aluminium fil) comme élément chauffant, la puissance est ajustée par un contrôleur PID de précision pour un contrôle précis de la température. L'intérieur du four est généralement isolé avec un écran rayonnant métallique multicouche ou des fibres céramiques pour obtenir une zone uniforme à haute température et des économies d'énergie.

Four de chauffage par induction: utilise le principe de l'induction électromagnétique pour générer des courants de Foucault à l'intérieur de l'échantillon d'essai et ainsi chauffer directement l'échantillon. Ses avantages sont une vitesse de réchauffement extrêmement rapide, une faible inertie thermique, mais des exigences sur la forme et le matériau de l'échantillon et une grande difficulté à contrôler l'uniformité de la température.

Il y a une zone de température moyenne au Centre du four, la fluctuation de la température dans cette zone doit être strictement contrôlée dans les exigences de la norme, la longueur de travail de l'échantillon doit être dans cette zone.

3. Système de mesure et de contrôle de la température:

Élément thermométrique: Les thermocouples platine - Rhodium de type s ou r sont généralement utilisés en raison de leur haute précision et de leur bonne stabilité, adaptés aux environnements à haute température. Le thermocouple doit être en contact étroit avec le segment étalon de l'échantillon pour mesurer directement la température de l'échantillon.

Système de contrôle de la température: avec l'algorithme de contrôle intelligent PID Multi - segments, la puissance de sortie de l'élément chauffant est ajustée en temps réel en fonction du signal de rétroaction du thermocouple, assurant la stabilité et la précision de la température tout au long de l'essai.

4. Système de mesure de déformation - extensomètre:

C'est la clé pour obtenir des données plastiques précises. Les environnements à haute température posent des défis élevés pour les mesures de déformation.

Extensomètre de contact: généralement avec une structure de type lame à deux bras, la lame est légèrement serrée sur l'échantillon par la force du ressort. Sa principale difficulté réside dans le fait qu'il doit être fabriqué à l'aide de matériaux résistants aux températures élevées (tels que des lames en céramique, des bras en alliage INCONEL) et qu'il peut protéger ses lames de contrainte internes et ses composants électroniques grâce à un système de refroidissement par eau.

Extensomètre vidéo sans contact: technologie développée à grande vitesse ces dernières années. La déformation est calculée à l'aide d'un algorithme d'image en observant des points de marquage à haute température prédéfinis sur l'échantillon à l'aide d'un cylindre à haute température. L'avantage est l'absence de contact, ce qui évite l'impact des forces de contact sur les tests de matériaux mous, en particulier pour les températures très élevées ou les environnements difficiles.

Système d'acquisition et de contrôle des données:

Les machines modernes d'essai de traction à haute température sont toutes contrôlées par ordinateur via un logiciel dédié. Le logiciel est responsable:

Régler et contrôler la température d'essai, le taux de chargement ou le taux de variation de vitesse.

Les signaux de charge, de déplacement, de déformation (à partir de l'extensomètre) et de température sont acquis en temps réel.

Les courbes de contrainte - déformation sont affichées en temps réel et tous les paramètres de performance mécanique sont automatiquement calculés et analysés après la fin de l'essai, générant un rapport d'essai.

Iii. Principaux défis techniques et solutions

1. Uniformité de la température: s'assurer que la température à l'intérieur de la distance d'étalonnage de l'échantillon est très uniforme est une condition préalable pour obtenir des données crédibles. Résolu par une conception optimisée du corps du four, un contrôle indépendant de la température multizone et un matériau d'isolation thermique efficace.

2. Le couple neutre de l'échantillon et de la pince: toute petite excentricité créera un moment de flexion supplémentaire, ce qui entraînera des résultats d'essai non satisfaisants. Un joint universel ou une pince à roulement sphérique doit être utilisé pour garantir une traction axiale pure.

3. Oxydation et pollution à haute température: de nombreux métaux s'oxydent violemment à haute température, entraînant une dégradation des performances. La solution consiste à faire passer un gaz de protection inerte (tel que de l'argon de haute pureté) ou à aspirer à l'intérieur du four pour isoler l'oxygène.

Précision et fiabilité de l'extensomètre: le serrage stable et la stabilité du signal de l'extensomètre de contact à haute température sont des difficultés techniques. L'extensomètre vidéo sans contact est la voie à suivre à l'avenir.

Iv. Principaux domaines d'application

1.aerospace: testez les performances des aubes de turbine du moteur, des matériaux de la Chambre de combustion, de l'acier à très haute résistance et de l'alliage de titane, etc. à haute température.

2. Énergie Électricité: Évaluer la résistance durable et les propriétés de fluage des tuyaux et des composants en acier résistant à la chaleur et en alliage à base de nickel pour les centrales thermiques, les centrales nucléaires.

3. Industrie automobile: pour le développement et la validation des matériaux des systèmes d'échappement des moteurs, des composants des turbocompresseurs.

4. Recherche scientifique sur les matériaux: développement de nouveaux alliages à haute température, composés intermétalliques, composites à matrice céramique (CMC) et composites carbone - carbone.

5. Métallurgie et fabrication: contrôle de la qualité, contrôle de l'effet du processus de traitement thermique, évaluation des performances à haute température des joints soudés.

V. Résumé

La machine d'essai de traction à haute température est l'un des équipements les plus techniques dans le domaine de l'essai des matériaux, il intègre des machines de précision, chauffage à haute température, contrôle et mesure de précision et un logiciel avancé. Ses données de test sont la « norme d'or» pour évaluer la fiabilité des matériaux en service dans des environnements couplés chaleur - force. Avec le développement de nouveaux matériaux vers des températures plus élevées et des applications environnementales plus difficiles, la limite supérieure de température, la précision du contrôle et la capacité d'essai de la machine d'essai de traction à haute température sont également soumises à des exigences plus élevées, ce qui continue de faire progresser cette technologie.