在电力、核电和石油化工等行业大量存在着长期在高温高压下运行的压力管道和压力容器，尽管人们对这些高温服役的装置的失效形式进行了许多研究，但是如何确保高温设备的安全运行仍然是一个亟待解决的大课题。微型杯突试验就是为适应这种需要而出现的一种试验方法，它打破了传统的无损检测方法和取样方法的局限性，能够对正在运行的高温装置进行表面微损取样检测其力学性能。这种既经济又安全的检测手段，为评估高温现役材料的脆化程度以及评估高温现役元件的剩余寿命，从而为解决核电、化工等高温设备的安全运行问题提供了有力的保障。近年来，微型杯突试验更是得到了蓬勃的发展，在测定各种材料的强度、塑性、韧脆转折温度、断裂韧度、蠕变及持久强度等方面都取得了成功。

微型杯突试验，国外称小穿孔试验（Small Punch Test—SPT），最早起源于20世纪80年代初期，它是对薄钢板杯突试验的一种发展，其原理和试验方法与薄钢板杯突工艺试验颇为相近，都是用一定钢球或球状冲头向夹紧于规定压模内的薄试样施加压力，使薄试样弯曲变形，形成杯突、环状颈缩并产生破裂。不同的是杯突试验是用来测定薄钢板或钢带的冷冲压成形工艺性，而微型杯突试验则是用来检测材料的力学性能，即强度、塑性、韧脆转折温度、断裂韧度和蠕变及持久强度等，因此微型杯突试验必须记录试验过程中试样的载荷变形的数据和曲线。

 微型杯突试验的试验装置如图1所示。其装置的关键部分是微型薄片试样周围被压边夹紧而中心加载。试样的夹具是由凹模、凸模、定位装置以及夹紧装置等组成。凹模的内径d₂大于凸模的内径d₁ 和两倍试样的原始厚度t₀ 之和，因而试样变形时不会受到来自凹模内壁的摩擦力。试验所用的微型试样一般有圆片形和方片形两种，其直径或者边长在3~10mm之间，厚度在0.25~0.5mm之间。在试验机上通过小压杆以一定的速度给试样加载直至试样弯曲变形成杯突并破裂，记录试样从弯曲变形、形成杯突、环状颈缩直至破裂的整个过程的载荷-中心位移（挠度）数据和曲线（如图2），再依据该数据和曲线的分析与计算来确定所测材料的各项力学性能指标。 

图1 微型杯突试验的试验装置示意

图2 典型的微型杯突试验的载荷-挠度曲线

微型杯突试验最早起源于美国，1981年美国HANDFORD工程发展实验室的研究人员在研究核反应堆压力容器用钢经中子辐照后材料延性的变化时，由于传统的试样尺寸大，且不能真正反应材料沿厚度方向延性的变化，同时采用传统试样来进行模拟辐照的时间长，试验费用高，因而采用Φ3×0.25mm 的圆片透射电镜试样来测试，令人惊喜的是，该方法的测试结果与传统的力学性能测试方法惊人的一致。 

由于微型杯突试验独特的无损检测的优势，该测试技术一出现就引起了人们很大的兴趣，这种试验方法很快在日本展开并得到发展。到20世纪末，欧洲各国联合成立了专门的机构来进行这方面的研究。另外韩国和澳大利亚等国家学者也陆续展开研究工作，并且取得了很大的进展。例如拉伸力学性能的测定研究方面，这方面的工作以美国的Manahan的微型圆片弯曲试验 (MDBT) 和日本Okada的小试样微凸试验为代表，他们通过试验证实从小圆片试样能够得到与传统单向拉伸试验相一致的强度和塑性信息。利用微型杯突试验来测定材料的韧脆转变温度(The ductile-brittle transition temperature—DBTT及The fracture appearance transition temperature—FATT)的研究方面，以J.M.Baik、J.Foulds、J.H.Bulloch、J.Kameda和 T.Matsushia等人的研究为代表。到目前为止，国内的一些院校和科研机构也开始着手研究通过微型杯突试验法来测试材料的力学性能，并取得了一定的研究成果。

目前微型杯突试验法的研究在国外己经比较成熟，它不仅可以用来测试金属材料的韧脆转变温度、剪切模量、拉伸性能和断裂韧性，而且也可以用来测试金属材料的持久强度和蠕变特性，尤其是电力、石化等行业的承压和受热元件的寿命预测，也是近年来国外学者采用微型杯突试验进行研究的一个比较大的课题。

另外，最近的研究表明，除了用来测试金属材料的力学性能以外，微型杯突试验法已经在陶瓷和高分子等非金属材料、复合材料和生物材料的力学性能方面的测试有了广泛的应用。尽管材料不同，但通过对微型杯突试验法所得到的载荷-挠度曲线的研究，都可以得到其强度和塑性信息。微型杯突试验研究材料力学性能的步骤是一样的，即分析微型杯突试验所得到的载荷-挠度曲线，得到有关微型杯突试验的力学性能数据，然后将这些数据与常规的力学性能试验数据进行比较来找出它们之间相互关联。有关该技术更进一步的具体研究方法和成果，可以查阅有关文献。

综上，微型杯突试验技术从最初始用于核电材料辐照脆化的研究，到随后在化工、电力等多个领域的应用和研究，其技术特点及优势体现在：

（1）微型杯突试验法采用微小试样，加上无损取样设备的出现，可以做到尽可能少的取样而不影响服役设备的正常运行，真正做到了无损检测。

（2）微型杯突试验法和传统的试验方法一样，能够综合地反映材料的力学性能。

（3）微型杯突试验法可以用来评价材料的强度、塑性、断裂韧性和蠕变性能及持久强度，可以测试评价服役期间关键构件材料的各种损伤和材质的劣化状况，特别对于高温耐热材料既可以反映蠕变损伤，又可以模拟环境影响如临氢、增碳等来反映材质的恶化。

（4）微型杯突试验法采用微小试样，尤其适用于无法取出传统试样或者取样不经济的场合。它的评价对象集中在小范围，能够准确地测试构件最薄弱位置(如焊缝和热影响区等) 的材质状况的变化，为服役设备的安全运行提供依据。