[转帖]21世纪材料试验技术展望

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　　社会经济与材料及材料试验

　　20世纪可称为科学技术的世纪 ,亦可称为战争的世纪 , 21世纪世界将会发生什么样变化 ?在科学技术方面 ,相对于 20世纪以量子力学为中心的物理学和以石油化学为首的化学时代 , 21世纪揭开 20世纪中期遗传因子构造端绪的生物学和扩大支持人类智慧活动密切相关的信息学将成为主角。另一方面 ,从世界范围来看 , 21世纪的人类课题 ,将集约于以地球温暖化为首的环境保护问题以及为保障人口增长的食品和水、石油等资源问题。为解决这些问题 ,通常 ,南北问题 (指南半球各国与北半球

　　国家经济发展不平衡 ) ,即先进国家与发展中国家形成对立的问题 ,靠养活全人类的经济发展 ,如果没有科学技术力量是不可能的。先进国家勿用说 ,在发展中国家针对各自的状况有效应用科学技术是不可缺少的。也就是说 ,为谋求温室效应气体的降低 ,为解除能源可能枯竭的忧虑 ,开发取代能源的新能源 ,资源的再利用等 ,必须根据各自的状况来谋划经济的增

　　长。在从事这些课题的过程中 ,由于材料的限度 ,必然会形成制约条件 ,所以改善材料 ,改进研究是当务之急。因此 ,说到底新材料的开发 ,可说是决定人类生存的重要课题之一 ,这并非言过其实。在这种背景下 ,在今后的材料试验中 ,应安排什么样的课题 ,根据考察的结果 ,做以下报导。但应指出 ,以下阐述的主要论点是围绕强度相关的材料试验为中心 ,关于材料试验技术课题 ,另当别论。

　　1　今后的材料试验

　　1 .1　适应新材料

　　在上述背景下 ,必然越来越广泛地寻求强度、加工性、可靠性优越的材料 ,现正在开发着各种各样的材料。为此 ,则要求比历来具有更高性能的试样试验。具体来说 ,要求在高载荷 ,高应力下 ,严重变形(应变 )或微变形 (应变 )的检测 ,日益增强。譬如 ,对纳米组织的超金属、超高强度钢及超塑性材料等必须进行多种性能的评定。最近 ,随着高强度钢的长寿命

　　化 ,探索交变应力下的疲劳性能也日益增多。也就是说 ,越来越需要所谓S -N曲线 1 0 9-1 0 1 0 范围内的数据。为此 ,必须开发比历来交变速度更大的试验方法。另一方面 ,为适应环境保护措施 ,适用于机械部件轻量化的有色金属、陶瓷及高分子基的复合材料 ,进而 ,从未有的电、磁性能的粉末冶金材料也正在继续开发中 ,其加工性及其他力学性能的评定也愈益多样化。例如 ,超塑性材料的实用性 ,一旦确立 ,其高温塑性区域的特性试验 ,今后将必不可少。此外 ,假如将形状存储合金、粉末成型部件、焊接-密封部件等都包括在内 ,则只有增加试验的多样性。再加上 ,在今后的材料试验中 ,环境条件 ,即必须进行温度和气氛等与外部条件的综合评价的事例 ,预计将会有所增加

　　1.2　显微特性的评定

　　198 6年获得诺贝尔物理学奖的扫描式tunnel显微镜 ,带动了表面形状种种精密观测装置的开发。其中原子间力显微镜作为原子级表面形状可三维观察的计测手段 ,亦可应用于解析因疲劳造成的晶格滑移带和裂纹尖端的状态。这些微细观察的结果 ,对于搞清楚与显微强度相结合的情况 ,不仅是今后的一个课题 ,而且随其进展 ,对材料的评价技术将会产生巨大的变革。另外 ,利用光能方法 ,扫描式激光显微镜与图相处理技术相结合 ,既可进行变形的精密计测 ,又可进行显微硬度试验压痕的测定 ,已开始广泛应用。另外 ,激光干扰法、斑点干扰法、波纹干扰法等表面应变

　　与变形分布的精密计测法 ,对信息处理技术的进步发挥了实物试验的威力。随着这些技术的进步 ,预计今后将会开发出实时二维或三维变形测定试验机。另一方面 ,不评定试样的精密部分 ,在某种情况下 ,试样本身就是显微试验对象。对于这种显微试样的材料试验 ,而要求确立目前正在发展中的微型元件和微型机部件的强度试验技术 ,并采用与常规试验法不同的观点 ,开发新方法。

　　1.3　信息技术的有效应用与试验IT化

　　如上节所述 ,在今后的材料评定中 ,预计将会更多地应用多维计测技术。多维化并非只停留在变形测定上 ,以时间为变数 ,也就是说 ,计测应力和应变的时间变化 ,转向评定材料特性的一种方法。关于动态变形 ,冲击载荷下的变形不言而喻 ,关于静态 (准静态 )变形 ,要求考虑时间要素的试验 ,也正在加强 ,其实例之一 ,随着微小断裂进展的电子发射 ,也就是声

　　发射 (AE)的计测。另外 ,在缺陷检验中 ,以磁力探伤、超声波探伤为首有各种各样的技巧 ,但如同AE微小信号的检测技术与FFT等信号处理技术 ,特别是子波变换等新技巧的应用 ,借助于图像数据处理技术等 ,将会获得多维有效的信息。在今后材料研究试验中 ,自动化进一步发展是当然的 ,不仅是载荷与变形的显微测定量 ,而且计测随着应变产生的种种指标 ,经过对数据的高度处理 ,采用便于理解的形式结果 ,予以表示。另一方面 ,欲使材料本身高性能化的尝试也正在进展中。也就是说 ,开发赋有信号传感功能或执行机构功能 ,所谓的智能材料。将材料本身功能化的方向与材料中填补传感元件的方法 ,两者的技术性疑难问题 ,均尚未解决 ,将来对于这种智能材料特性的试验也是必不可缺的。

　　1 .4　标准化与试验的一致性

　　如同上述 ,经济全球化的结果 ,比以前越来越强烈要求产品的国际标准化。同时 ,对于进出口必需的产品标准一致性试验 ,具有全球性意义的标准化也是必不可少的。在一致性试验中 ,关系到材料的就是我们所从事的材料试验。试验在世界任何地方进行 ,均应得出相同的结果。因此 ,要求必须保证这种结果。为满足这种要求 ,执行国际裁决的组织是国际试验室

　　认证合作组织 (ILAC)。不久前 ,世界 2 8个国家 , 3 7个试验机构相互缔结了认证协定并建立了相互间认证相互试验结果的体制。进而就试验必需的种种测定 ,规定其基准应相互一致 ,各国标准研究所发行的校准证明书 ,必须经过认证是确实可靠的。为此 ,商定以国际度量衡局为中

　　心 ,在 40个国家与 1地区计量研究所之间决定进行相互交叉认证。对材料试验关系重大的量 ,力 (载荷 )和硬度 ,均应经过内部商定 ,进而为验证试验结果同一性的标准试样 (标准物质 ) ,也正在纳入这一框架中。将来硬度标准试片是当然的 ,冲击试验的标准试片等 ,也将考虑作为认证的对象。参与这种种决定的试验室和研究所 ,均成为ISO 90 0 0系统的管理体制 ,并要求符合ISO /IEC 1 70 2 5(关于实验室及校准机构能力的一般要求事项 )。在材料试验领域 ,包含试验者能力 (技能管理 )在内 ,要求比过去加倍严格的质量管理。