Negli ultimi 50 anni, i ricercatori del National Institute for Materials Science (NIMS) hanno condotto test dettagliati a breve e lungo termine su un'ampia varietà di materiali strutturali fabbricati in Giappone per garantire che possano resistere a sollecitazioni a lungo termine. Ora, Gli scienziati del NIMS hanno esaminato questi dati, nel diario Scienza e tecnologia dei materiali avanzati , riassumendo le principali scoperte dell'istituto.

Nel 1966, Il predecessore di NIMS, l'Istituto Nazionale di Ricerca sui Metalli, ha lanciato il suo "progetto di scheda tecnica creep". Lo scopo di questo progetto era determinare la sollecitazione richiesta per rompere acciai e leghe resistenti al calore in 100, 000 ore (circa 11,4 anni) ad alte temperature. Questi dati sulla "resistenza alla rottura per scorrimento" erano inizialmente necessari per determinare le sollecitazioni ammissibili a cui i metalli potrebbero essere esposti nelle centrali elettriche. Ma più recentemente, questi dati sono stati utilizzati per valutare quanto tempo hanno le parti della centrale elettrica prima che inizino a usurarsi.

Poco più di un decennio dopo, nel 1978, NIMS ha anche iniziato ad assemblare quello che è diventato un enorme database di proprietà a fatica dei materiali strutturali utilizzati in numerosi settori, compresi automobili e aerei. La fatica descrive come le crepe si propagano in un metallo nel tempo. I test di fatica comportano il posizionamento di un campione di metallo sotto carichi ripetitivi, chiamati cicli, per vedere quanto tempo impiega una crepa per svilupparsi e propagarsi. Questi test sono condotti a temperatura ambiente e ad alte temperature. I campioni sono esposti a un numero relativamente piccolo di cicli (nell'intervallo di 10 milioni di cicli) o fino a 10 miliardi di cicli, che dura da diversi anni.

I dati NIMS hanno rivelato che la resistenza allo scorrimento a lungo termine dei materiali varia, e che gli scienziati devono scegliere il tipo di metodo di analisi per i dati di rottura da scorrimento in base al tipo di materiale. Il modo in cui si verifica lo scorrimento nei materiali durante i test non dipende solo dalla quantità di stress applicata, ma anche sulle condizioni di temperatura. I ricercatori hanno scoperto che i materiali reagiscono in modo diverso al variare della temperatura a seconda della loro composizione chimica, la quantità di elementi minori in essi contenuti, e la granulometria del cristallo. Acciai ferritici resistenti al calore, comunemente utilizzati nelle centrali termiche, sono risultati avere tempi molto lunghi, forza di scorrimento intrinseca. Ma questa resistenza allo scorrimento dipende dalla quantità di soluti minori presenti nell'acciaio.

limiti di fatica, d'altra parte, sono influenzati dalla resistenza alla trazione e dalla durezza di un metallo. interessante, Gli scienziati del NIMS hanno scoperto che alcuni metalli possono durare per un tempo incredibilmente lungo senza formare crepe finché sono costantemente esposti a temperature ambiente. Questi stessi metalli, però, alla fine formerebbe crepe se esposto allo stesso stress ma ad alta temperatura.

Fino ad ora, le schede dati di creep e fatica sviluppate al NIMS sono state utilizzate principalmente per scopi industriali. L'istituto punta ora a migliorare l'accessibilità in modo che i dati possano essere utilizzati anche dagli accademici.