材料試驗

　　對材料的品質及其在不同條件下的各種性能的檢測和評定，有時僅指材料機械性能試驗。材料試驗對工業生產和材料的基礎研究具有十分重要的意義。材料試驗的目的是：

　　①　測定材料的具體性能資料，作為設計、選材和制訂有關標準或技術條件的參考。

　　②　校核材料是否符合規定的性能指標，供驗收或評價之用。

　　③　考查材料或由其製造的半成品和成品的品質情況，按規定的標準或技術條條件評定其合格與否；瞭解材料有無缺陷及這些缺陷的性質、尺寸、存在部位和它們對使用的影響，以保證機器和零部件的工作可靠性。

　　④　根據測得的材料質量和性能情況判斷各種加工工藝過程是否正確，並予以適當控制。

　　⑤　對使用一段時期後的機器和零部件進行檢查，確定有否缺陷，或所用材料的性能是否發生瞭變化。

　　⑥　對使用中失效的實物進行試驗分析，尋找失效原因，以便提出防止和改進的措施。

　　⑦　為擴大現有材料的應用范圍、發展新材料和新工藝提供性能數據資料。

　　⑧　進行有關材料科學的基礎研究。

　　19世紀以來，隨著現代物理、化學和無線電電子學等學科的迅速發展，材料試驗專業也獲得飛速發展。進入20世紀以來尤為突出。例如材料化學分析中的儀器分析方法和大多數無損檢測方法，都是在20年代以後研究出來的。隨著各種精密、高效的試驗方法和儀器不斷湧現，研究分析能力大大提高。例如利用計算機進行信息處理的光電直讀光譜儀，可在1～2分鐘內分析出一個試樣內30餘種元素的含量，並直接用打字機打印出結果；又如場離子顯微鏡能分辨出針狀固體試樣表面上各個原子的具體位置等。不少試驗方法和儀器正向自動、快速和多功能方向發展。

　　試驗種類　材料試驗的種類繁多，現代常用的有機械、物理、化學、腐蝕、磨損試驗和無損檢測以及工藝性能試驗等。

　　①　機械性能試驗：測量材料在力或能的作用下所表現的特性，如強度、剛度、塑性、韌性、硬度等。有時要求在某些特定環境，例如高溫、低溫、腐蝕等條件下進行試驗。由於工程結構和機器零部件絕大部分是在受力的情況下工作的，機械性能是它們的主要性能，因而這類試驗應用最廣。

　　②　物理試驗：利用材料的各種物理效應來檢測材料的一系列特性，包括化學組成和價態、表面形貌、晶體結構、顯微組織等，或確定一些物理性能參數，如比熱容、熱導率、電導率、膨脹系數等。這類試驗中的很大一部分能揭示材料的微觀特征，從而可與宏觀性能聯系起來，用於分析質量問題和失效事故，以及進行材料科學中的基礎性研究等（見材料物理試驗）。

　　③　化學分析：定性或定量地測定材料的化學組分和結構。所用方法主要有兩大類：一是以各種化學反應作為基礎的經典化學分析方法；另一是利用各種元素的不同物理或物理 -化學效應的儀器分析方法。前者靈活性較大，為很多標準分析方法所采用。後者的特點是分析速度快、靈敏度高，但試驗裝置通常較龐大復雜，價格昂貴，適用於大批量和成分較復雜的試樣分析工作(見材料化學分析)。

　　④　腐蝕試驗：用化學、物理或機械方法測出材料在各種介質中因化學或電化學反應而引起表面局部的或均勻的損耗──腐蝕。這類試驗對長期處於侵蝕性環境中的裝置，如石油、化工、海洋鉆探設備等尤其重要。

　　⑤　磨損試驗：測定固體在受另一相互接觸的固體的摩擦，或受固態、液態或氣態顆粒的碰撞時所引起的表面損耗──磨損。這類試驗尚無公認的統一標準。由於很多因素如介質的腐蝕作用、零件的振動、磨粒的形狀和相對的運動速度等均會顯著地影響磨損率，實驗室的試驗結果常與實際情況有較大的出入，應用時須加註意。一般用臺架試驗和實物試驗更具有實際意義。

　　⑥　無損檢測：在保持被檢物完好的條件下利用各種物理效應查出被檢物表面或內部的缺陷，或測定其組織、性能和其他物理量。不損害被檢物的使用性能是它有別於一般材料試驗的特點。這類試驗是保證產品質量和安全使用的重要手段。

　　⑦　工藝性能試驗：測定材料加工成半成品或成品所用的工藝過程（鑄造、鍛壓、焊接、金屬熱處理、切削加工等）的難易程度。這種試驗對判定材料能否投入正常生產有很大意義，對於發展新材料也很重要。

　　試驗方式　材料的試驗方式有試驗室試樣試驗、實驗室臺架試驗、現場掛片試驗和實物運轉試驗。

　　①　試驗室試樣試驗：分為不對實際工況條件作特殊模擬的常規試驗；模擬實際工況中的主要條件（如溫度、介質、載荷譜等）的模擬試驗；強化某些工況條件的快速試驗。

　　②　試驗室臺架試驗：將材料制成實際零件或模型，在試驗室內模擬一定的工況條件進行試驗。

　　③　現場掛片試驗：將材料制成一定規格的試樣，直接放在現場上進行考驗。這種方式在腐蝕試驗中應用較多。

　　④　實物運轉試驗：將材料制成零部件，裝在實際機器上進行實物運轉。　嚴格說來，臺架試驗和實物運轉試驗因包含瞭結構和環境等因素，已不屬單純的材料試驗。但它們更能反映材料的使用效果，因而日益受到重視。

　　試驗程序　試驗程序隨試驗目的、試驗種類和材料種類的不同而異。通常包括以下幾個主要步驟。

　　①　試驗方式的確定：選擇試驗方式時應考慮各種方式的特點，尤其是準確度、精確度、靈敏度和測試速度等。

　　②　抽樣：抽取試樣時應註意待檢物的均勻性、樣品的代表性和適宜的數量等。

　　③　試樣制備：須註意取樣部位、取樣方向、試樣的尺寸和形狀等，並避免制樣時產生缺陷和污染。

　　④　試驗裝置的校準：試驗裝置須定期校準，如誤差超過一定范圍，必須加以檢修。

　　⑤　試驗：通常按標準所規定的步驟進行。帶有探索和研究性的試驗應視具體情況進行。

　　⑥　試驗結果的計算、分析和詮釋：對試驗結果進行適當的數學和圖解等處理，最後進行分析和詮釋。

參考書目

　日本鋼鉄協會：《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.