什么是材料试验?

[拼音]：cailiao shiyan

[外文]：materials test

对材料的质量及其在不同条件下的各种性能的检测和评定，有时仅指材料机械性能试验。材料试验对工业生产和材料的基础研究具有十分重要的意义。材料试验的目的是：

（1）测定材料的具体性能数据，作为设计、选材和制订有关标准或技术条件的参考。

（2）校核材料是否符合规定的性能指标，供验收或评价之用。

（3）考查材料或由其制造的半成品和成品的质量情况，按规定的标准或技术条件评定其合格与否；了解材料有无缺陷及这些缺陷的性质、尺寸、存在部位和它们对使用的影响，以保证机器和零部件的工作可靠性。

（4）根据测得的材料质量和性能情况判断各种加工工艺过程是否正确，并予以适当控制。

（5）对使用一段时期后的机器和零部件进行检查，确定有否缺陷，或所用材料的性能是否发生了变化。

（6）对使用中失效的实物进行试验分析，寻找失效原因，以便提出防止和改进的措施。

（7）为扩大现有材料的应用范围、发展新材料和新工艺提供性能数据资料。

（8）进行有关材料科学的基础研究。

19世纪以来，随着现代物理、化学和无线电电子学等学科的迅速发展，材料试验专业也获得飞速发展。进入20世纪以来尤为突出。例如材料化学分析中的仪器分析方法和大多数无损检测方法，都是在20年代以后研究出来的。随着各种精密、高效的试验方法和仪器不断涌现，研究分析能力大大提高。例如利用计算机进行信息处理的光电直读光谱仪，可在1～2分钟内分析出一个试样内30余种元素的含量，并直接用打字机打印出结果;又如场离子显微镜能分辨出针状固体试样表面上各个原子的具体位置等。不少试验方法和仪器正向自动、快速和多功能方向发展。

材料试验的种类繁多，现代常用的有机械、物理、化学、腐蚀、磨损试验和无损检测以及工艺性能试验等。

（1）机械性能试验：测量材料在力或能的作用下所表现的特性，如强度、刚度、塑性、韧性、硬度等。有时要求在某些特定环境，例如高温、低温、腐蚀等条件下进行试验。由于工程结构和机器零部件绝大部分是在受力的情况下工作的，机械性能是它们的主要性能，因而这类试验应用最广。

（2）物理试验：利用材料的各种物理效应来检测材料的一系列特性，包括化学组成和价态、表面形貌、晶体结构、显微组织等，或确定一些物理性能参数，如比热容、热导率、电导率、膨胀系数等。这类试验中的很大一部分能揭示材料的微观特征，从而可与宏观性能联系起来，用于分析质量问题和失效事故，以及进行材料科学中的基础性研究等（见材料物理试验）。

（3）化学分析：定性或定量地测定材料的化学组分和结构。所用方法主要有两大类：一是以各种化学反应作为基础的经典化学分析方法；另一是利用各种元素的不同物理或物理 -化学效应的仪器分析方法。前者灵活性较大，为很多标准分析方法所采用。后者的特点是分析速度快、灵敏度高，但试验装置通常较庞大复杂，价格昂贵，适用于大批量和成分较复杂的试样分析工作(见材料化学分析)。

（4）腐蚀试验：用化学、物理或机械方法测出材料在各种介质中因化学或电化学反应而引起表面局部的或均匀的损耗──腐蚀。这类试验对长期处于侵蚀性环境中的装置，如石油、化工、海洋钻探设备等尤其重要。

（5）磨损试验：测定固体在受另一相互接触的固体的摩擦，或受固态、液态或气态颗粒的碰撞时所引起的表面损耗──磨损。这类试验尚无公认的统一标准。由于很多因素如介质的腐蚀作用、零件的振动、磨粒的形状和相对的运动速度等均会显著地影响磨损率，实验室的试验结果常与实际情况有较大的出入，应用时须加注意。一般用台架试验和实物试验更具有实际意义。

（6）无损检测：在保持被检物完好的条件下利用各种物理效应查出被检物表面或内部的缺陷，或测定其组织、性能和其他物理量。不损害被检物的使用性能是它有别于一般材料试验的特点。这类试验是保证产品质量和安全使用的重要手段。

（7）工艺性能试验：测定材料加工成半成品或成品所用的工艺过程（铸造、锻压、焊接、金属热处理、切削加工等）的难易程度。这种试验对判定材料能否投入正常生产有很大意义，对于发展新材料也很重要。

材料的试验方式有试验室试样试验、实验室台架试验、现场挂片试验和实物运转试验。

（1）试验室试样试验：分为不对实际工况条件作特殊模拟的常规试验；模拟实际工况中的主要条件（如温度、介质、载荷谱等）的模拟试验；强化某些工况条件的快速试验。

（2）试验室台架试验：将材料制成实际零件或模型，在试验室内模拟一定的工况条件进行试验。

（3）现场挂片试验:将材料制成一定规格的试样，直接放在现场上进行考验。这种方式在腐蚀试验中应用较多。

（4）实物运转试验：将材料制成零部件，装在实际机器上进行实物运转。 严格说来，台架试验和实物运转试验因包含了结构和环境等因素，已不属单纯的材料试验。但它们更能反映材料的使用效果，因而日益受到重视。

试验程序随试验目的、试验种类和材料种类的不同而异。通常包括以下几个主要步骤。

（1）试验方式的确定：选择试验方式时应考虑各种方式的特点，尤其是准确度、精确度、灵敏度和测试速度等。

（2）抽样：抽取试样时应注意待检物的均匀性、样品的代表性和适宜的数量等。

（3）试样制备：须注意取样部位、取样方向、试样的尺寸和形状等，并避免制样时产生缺陷和污染。

（4）试验装置的校准：试验装置须定期校准，如误差超过一定范围，必须加以检修。

（5）试验：通常按标准所规定的步骤进行。带有探索和研究性的试验应视具体情况进行。

（6）试验结果的计算、分析和诠释：对试验结果进行适当的数学和图解等处理，最后进行分析和诠释。

参考书目

日本鋼鉄協会:《鉄鋼便覽4：鉄鋼材料·試験·分析》第3版，丸善，東京，1981。H.E.Davis and others， The Testing of Engineering Materials， 4th ed.， McGraw-Hill，New Yerk，1982.K.W.Andrews， Physical metallurgy， Techniques and Applications，Vol.1～2，John Wiley & Sons， New York，1973.