测量金属的磨损度是怎样的

 
发电厂的管道样品因内部压力蠕变测试而破裂。图片提供：国立材料科学研究所(NIMS)在过去的50年中，国立材料科学研究所(NIMS)的研究人员一直在对日本制造的各种结构材料进行详细的短期和长期测试，以确保他们可以承受长期的压力。现在，NIMS科学家在《先进材料科学与技术》杂志上对这些数据进行了综述，总结了该研究所的主要发现。
1966年，NIMS的前身国家金属研究所启动了“蠕变数据表项目”。该项目的目的是确定在高温下100,000小时(约11.4年)内使耐热钢和合金破裂所需的应力。最初需要此“蠕变断裂强度”数据来确定发电厂中金属可能承受的容许应力。但是最近，该数据已用于评估发电厂零件开始磨损之前还有多长时间。
短短十年后的1978年，NIMS也开始组装已成为庞大数据的疲劳数据库，该数据库用于许多行业(包括汽车和飞机)中的结构材料的疲劳特性。疲劳描述了裂纹如何随时间在金属中传播。疲劳测试包括将金属样品置于称为循环的重复载荷下，以查看裂纹发展和传播需要多长时间。这些测试在室温和高温下进行。样品暴露于相对较少的循环数(1000万次循环范围内)或高达100亿次循环，持续数年。
NIMS数据显示，材料的长期蠕变强度有所不同，科学家需要根据材料的类型选择蠕变断裂数据的分析方法类型。测试期间材料中蠕变如何发生，不仅取决于所施加的应力大小，还取决于温度条件。研究人员发现，材料对不同温度的反应不同，具体取决于其化学成分，其中微量元素的含量以及晶粒尺寸。人们发现，火力发电厂中常用的铁素体耐热钢具有非常长的固有蠕变强度。但是这种蠕变强度取决于钢中存在的微量溶质的数量。
另一方面，疲劳极限受金属的拉伸强度和硬度影响。有趣的是，NIMS科学家发现，只要不断地暴露于室温下，某些金属就可以持续非常长的时间而不会形成裂纹。但是，如果在高温下承受相同的应力，这些相同的金属最终会形成裂纹。
到目前为止，在NIMS上开发的蠕变和疲劳数据表主要用于工业目的。该机构现在的目标是改善可访问性，以便学者也可以使用这些数据。