Under de senaste 50 åren, forskare vid National Institute for Materials Science (NIMS) har utfört detaljerade kort- och långtidstester av en mängd olika strukturella material tillverkade i Japan för att säkerställa att de tål långvariga påfrestningar. Nu, NIMS-forskare har granskat dessa data, i journalen Vetenskap och teknik för avancerade material , sammanfattar institutets viktigaste resultat.

1966, NIMS föregångare, Statens forskningsinstitut för metaller, lanserade sitt "krypdatabladsprojekt". Syftet med detta projekt var att bestämma den spänning som krävs för att spricka värmebeständiga stål och legeringar i 100, 000 timmar (ca 11,4 år) vid höga temperaturer. Dessa "krypbrottstyrka"-data behövdes initialt för att bestämma de tillåtna spänningarna metaller kunde utsättas för i kraftverk. Men på senare tid, dessa data har använts för att bedöma hur mycket längre kraftverksdelar har innan de börjar slitas.

Drygt ett decennium senare, 1978, NIMS började också sammanställa vad som har blivit en enorm databas över utmattningsegenskaper hos konstruktionsmaterial som används i många industrier, inklusive bilar och flygplan. Trötthet beskriver hur sprickor sprider sig i en metall över tiden. Utmattningstest innebär att ett metallprov placeras under upprepade belastningar, kallas cykler, för att se hur lång tid det tar för en spricka att utvecklas och fortplantas. Dessa tester utförs vid rumstemperatur och höga temperaturer. Prover exponeras för ett relativt litet antal cykler (i intervallet 10 miljoner cykler) eller upp till 10 miljarder cykler, varar i flera år.

NIMS-data har visat att den långsiktiga kryphållfastheten hos material varierar, och att forskarna måste välja typ av analysmetod för krypbrottsdata beroende på typ av material. Hur krypning sker i material under testning beror inte bara på mängden påfrestningar som appliceras, men också på temperaturförhållandena. Forskarna har funnit att material reagerar olika på varierande temperatur beroende på deras kemiska sammansättning, mängden mindre beståndsdelar i dem, och kristallkornstorleken. Ferritiska värmebeständiga stål, som vanligtvis används i värmekraftverk, visade sig ha mycket långvariga, inneboende krypstyrka. Men denna kryphållfasthet är beroende av mängden mindre lösta ämnen som finns i stålet.

Trötthetsgränser, å andra sidan, påverkas av en metalls draghållfasthet och hårdhet. Intressant, NIMS-forskare har funnit att vissa metaller kan hålla otroligt länge utan att bilda sprickor så länge de ständigt utsätts för rumstemperaturer. Samma metaller, dock, skulle så småningom bilda sprickor om de utsätts för samma belastning men vid hög temperatur.

Ända tills nu, de kryp- och utmattningsdatablad som utvecklats vid NIMS har använts främst för industriella ändamål. Institutionen siktar nu på att förbättra tillgängligheten så att data även kan användas av akademiker.