Materialprøving, metode for å fastlegge egenskaper hos råvarer og halvfabrikata, til dels også ferdigvarer og konstruksjoner, som er av betydning for bruken av materialene. Prøvingen beskjeftiger seg i første rekke med mekaniske egenskaper hos konstruksjonsmaterialer, videre med fysikalske egenskaper i anvendelser hvor disse er av betydning. Undersøkelsene foretas i regelen med små prøvestykker og under enkle prøvebetingelser, og en viktig oppgave blir derfor å utvikle grunnlag, teoretisk og empirisk, til å overføre prøveresultatene til de mer kompliserte vilkår som materialene opplever i virkelige konstruksjoner.

En vesentlig del av all materialprøving foretas i forbindelse med offisiell godkjennelse eller godkjennelse fra klassifikasjonsselskaper og skjer i uavhengige materialprøveanstalter. I Norge utføres prøving av Det norske Veritas som har laboratorier ved Oslo og i Bergen, ved SINTEF/NTNU med laboratorier i Trondheim, og av private bedrifter, f.eks. Nemko.

En stav av materialet strekkes i en spesiell maskin, og under forsøket registreres flytegrensen (øvre spenning for elastisk strekk), strekkfastheten (maksimal spenning ved brudd basert på stavens opprinnelige tverrsnitt) og bruddforlengelsen i prosent av stavlengden. Spesielle strekkprøver er utviklet for bestemmelse av betingelser for initiering og forplantning av sprekker og brudd i plater og bånd. Slike prøvestykker forarbeides i full platetykkelse med en bredde på 10 ganger tykkelsen eller mer, og forsynes med et skarpt skår eller en utmatningssprekk som bruddinitiator.

Ved hardhetsprøving presses en stålkule eller en pyramideformet diamant inn i materialet med en gitt kraft. Hardheten i Brinell (kule) eller Vickers (pyramide) er forholdet mellom kraften i kp og inntrykksflaten i mm² i materialet, den siste måles med mikroskop etter avlastning. En nyere utvikling er instrumentert inntrykksprøving (Instrumented indentation test) hvor inntrykksdybden av en Vickerspyramide registreres under pålasting og avlasting, og inntrykksflaten beregnes med basis i målte og kjente data. Hardhetsprøving er en enkel metode som også kan brukes på ferdige komponenter, og er av betydning i mange sammenhenger, særlig for å vurdere materialenes slitasje- og formingsegenskaper. Mikrohardhetsprøving kan utføres med lav belastning av en Vickerspyramide i miniatyr, og brukes til å undersøke enkelte korn eller strukturelementer.

En spesiell form for nedbrytning, utmatting, oppstår når materialet utsettes for varierende belastning, og en prøvemetode for undersøkelse av slike skader ble utviklet i siste halvdel av 1800-tallet, da jernbanenettet bredte seg ut over Europa, og tilbakevendende akselbrudd ble et problem. Under prøving utsettes en stav av materialet for en periodisk varierende kraft, vanligvis slik at spenningen i staven veksler mellom strekk og trykk i hver periode. Antall perioder kan ligge i området 100 000–5 mill. Den maksimale spenning som prøven tåler uten brudd for et gitt antall perioder, vanligvis 1 mill., kalles utmattingsfastheten, og er av betydning i biler, fly, motorer, turbiner og alle konstruksjoner som utsettes for varierende krefter. For mange materialer og prøvevilkår kan det også angis en utmattingsgrense, som er maksimal spenning for et uendelig antall lastperioder. Utmattingsprøving foretas som regel med små prøvestykker, og antall perioder ved brudd er ikke uten videre et mål for konstruksjonens levetid. Konvensjonell utmattingsprøving blir i dag ofte supplert eller erstattet av en bruddmekanisk analyse av veksten av sprekklignende feil som alltid finnes i materialet. Veksten per spenningsperiode langs sprekkveien er en funksjon av spenningsintensitetsfaktoren og kan beregnes. Brudd inntreffer når sprekklengden når en kritisk størrelse.

Sigeprøving er utviklet for materialer som utsettes for så høye temperaturer at belastning fører til avspenning og atomplanglidning eller sprøbrudd, prosesser som for karbonstål er merkbare fra ca. 350 °C. Ved en gitt temperatur utsettes en prøve av materialet for en konstant last, ofte i mange tusen timer, og forlengelseshastigheten i perioden bestemmes. Sigefastheten ved vedkommende temperatur er spenningen som svarer til en gitt forlengelseshastighet, målt i prosent per tidsenhet. Sigeprøving er aktuell for materialer i konstruksjoner som skal arbeide ved høy temperatur, som i dampkjeler, gassturbiner, raketter og romfart, og har særlig betydning for utvikling av nye høytemperaturmaterialer. Men siging er også et kjent problem i materialer som metall, plast og lignende. 

Sigebruddprøving er en akselerert form, der man registrerer tiden til brudd ved gitt spenning og temperatur.

Skårslagprøving ble opprinnelig utviklet omkring 1900-tallet for å undersøke sprekktendensen i børseløp av høykarbonstål, og ble en erstatning for omstendelige skyteprøver. Mest brukt er charpyprøven, der en kort bøyestav med et skarpt skår blir slått av i et pendelverk, og absorbert energi i bruddflaten, målt i Joule, blir registrert. Det har vært og er ulike oppfatninger om hva charpyverdien egentlig betyr i relasjon til sprekktendens i virkelige anvendelser, og for stålkonstruksjoner ble prøven først alminnelig akseptert i årene etter 1950, da den kunne knyttes til et stort erfaringsgrunnlag. I dag er skårslagprøving mye brukt for materialer i sveisede konstruksjoner som danner et monolittisk hele, slike som broer, skip, og offshoreplattformer, hvor en sprekk vil kunne løpe gjennom store deler av konstruksjonen og få katastrofale følger.

Bruddmekanisk prøving er knyttet til en ny gren av fasthetslæren som kalles bruddmekanikk. Den har som utgangspunkt at alle konstruksjonsmaterialer er beheftet med små sprekker, og behandler mekaniske forhold i konstruksjonen under slike betingelser. Læren definerer en størrelse, spenningsintensitetsfaktoren, som kan beregnes ut fra kjente verdier av geometri og nominell spenning i den aktuelle del av konstruksjonen. En sprekk vil være i ro hvis spenningsintensitetsfaktoren er mindre enn en kritisk størrelse, bruddseigheten, som er materialkonstant og bestemmes ved prøving. Teknikken er mer komplisert enn den som hører til charpyprøving, og prøvene er større og må forarbeides i full platetykkelse. På den annen side regnes det som en fordel at bruddmekanisk prøving, i motsetning til skårslagsprøving, har bakgrunn i en anerkjent teori for sprekkforplantning, slik at resultatet kan tilpasses en aktuell konstruksjon. Metoden har hatt og har stor betydning for bestemmelse av sprekktendensen av stål og sveiser i kjernekraftanlegg og offshorekonstruksjoner.

Fullskalaprøving brukes mest i forskningsøyemed for undersøkelse av kompliserte konstruksjonselementer, ofte knyttet til initiering og forplantning av sprekker ved statisk og dynamisk belastning. Undersøkelsene krever store maskiner med komplisert måleutstyr, og går vanligvis parallelt med utprøving av matematiske modeller.

Ikke-destruktiv prøving omfatter en gruppe prøvemetoder som påviser diskontinuiteter i fysikalske egenskaper, slike som absorbsjon av røntgenstråler, elektrisk og magnetisk motstand m.fl. Som regel er slike funn forbundet med mekaniske svekkelser i form av sprekker, porer og slagg, følgelig kan undersøkelsen også veilede om materialfeil. Tolkningen kan være usikker, og verdien i metoden ligger i at objektet ikke skades ved prøvingen, slik at ikke-destruktiv prøving kan brukes på ferdigvarer og konstruksjoner. Ved røntgenundersøkelse gjennomtrenges objektet av røntgenstråler, og sprekker, porer, hulrom o.a. projiseres på en film. Prinsippet er det samme som brukes i medisinsk diagnostikk. Tykke materialseksjoner unndrar seg gjennomstråling, men skjulte feil kan påvises og lokaliseres med ultralyd ved at avstand, retning og størrelse av ekkoet fra feilflatene registreres. Overflatesprekker i ferromagnetiske materialer påvises lett ved magnetisk prøving, der objektet magnetiseres og overspyles av en væske som inneholder oppslemmede jernoksidpartikler. De samler seg fortrinnsvis i sprekker og andre diskontinuiteter hvor feltstyrken er høyest og «tegner» på den måten feilene.

Strukturen i en polert og som regel etset prøve av materialet undersøkes i mikroskop. Ut fra tidligere erfaring vet metallografen f.eks. at et finkornet materiale er fordelaktig med hensyn til styrke og duktilitet (formbarhet), mens grove korn fremmer høy sigefasthet, og at utfelling på korngrensene av visse forbindelser svekker duktiliteten, mens andre forringer motstanden mot korrosjon. Fraktografisk prøving kan sees som en videreutvikling, som har gitt verdifulle opplysninger om hvorledes brudd starter og vokser, og som også er blitt et nyttig verktøy ved skadeundersøkelser. En liten del av bruddflaten betraktes med stor forstørrelse i elektronmikroskop, og undersøkelser av forskjellig art foretas. Se også artikkel om metallografi.

Teknologisk prøving søker å gjenskape de kompliserte spenningstilstander og deformasjoner som materialene utsettes for ved formingsmetoder som dreiing, valsing, pressing m.fl., og registrerer hvorledes verktøyslitasje, overflatebeskaffenhet, mulig bruddtendens m.m. avhenger av formingshastighet, temperatur, smøring og andre prosessparametre. En teoretisk analyse av spenninger og deformasjoner i kritiske områder basert på moderne datateknikk, går ofte forut for prøvene.

Foreslå endringer i tekst

Foreslå bilder til artikkelen

Kommentarer

Har du spørsmål om artikkelen? Skriv her, så får du svar fra fagansvarlig eller redaktør.

Du må være logget inn for å kommentere.