自工业革命以来，人类社会对能源需求急剧增加，导致石油、煤炭等目前大量使用的传统石化能源逐渐枯竭，同时新的能源生产供应体系又未能完全建立，能源危机已成为人类社会必须面临的重大挑战。能源问题迫使人们在现代工业装置设计与运行中考虑高效低耗，进而导致能源与流程工艺向着高温、高压和大型化趋势发展。在这种服役环境（高温、高压、中子辐照等）越来越苛刻的形势下，生产设备的材料力学性能必然会加速劣化，失效的概率也是无法回避的。设备失效造成的重大安全事故会给生产带来严重的影响，甚至造成大量人身伤亡，需要定期对在役设备进行安全评价。无损检测是目前的主要手段，但现有无损检测方法（如超声、射线等）无法获得材料力学性能，因此很难准确评价在役设备的安全；另一方面，为了保证在役设备的结构完整性，无法从设备上切取大块材料进行标准力学试验。在这两难的情况下，科学家们提出了基于小冲杆试验的微损测试技术评定在役设备安全的方法。
相比传统的大试样，小冲杆试样尺寸非常小， 可以从在役设备上挖取深度2~5mm，直径10~30mm的试样（挖取后不需要修补）进行加工微试样进行材料力学性能测试，包括强度、断裂韧性、韧脆转变温度和蠕变等性能，从而为评估在役设备的服役安全和剩余寿命提供基础。
小冲杆试验是利用压杆以一定速率冲压试样薄片，记录试样从变形到失效整个过程中的载荷、位移（变形挠度）数据，并绘制出载荷-位移曲线，根据载荷-位移曲线得到小冲杆试验屈服载荷、最大载荷、最大位移以及小冲杆能量等重要数据，以此分析得出材料的各项力学性能参数。典型的试验装置如图所示，试验装置由加载机构和数据测量机构组成，加载机构主要包括压杆、小钢珠和试样夹持装置。通过数据采集获得的典型载荷-位移曲线，从中可以获得一些用来表征材料变形和断裂性能的信息。试验过程中，载荷施加在压杆上，并通过小钢珠冲压试样，压杆速率一般为0.2～0.5mm/min，当试样完全失稳破裂后，试验终止。
典型小冲杆试验原理图
技术路线
微损测试技术的路线通常是：
第一步：按照所需要的材料性能确定试验方法，从而确定试样形状、数量和尺寸。与传统力学性能试验相同之处是，不同的材料性能试验可能用不同的试验方法；不同之处是，由于试样较小，为了试验数据具有一定的代表性，一般微试样试验要求平行试样3件。
第二步：获取样坯。
第三步：加工试样。常需要抛磨的步骤，使得试样的光洁度、平行度等能够满足试验的要求。
第四步：进行测试。
第五步：数据分析。
Small punch test 可以获得如下力学性能：
拉伸性能
韧脆转变温度
断裂韧性
蠕变性能
案例1. 小冲杆蠕变寿命预测
蠕变寿命预测模型
基于传统单轴蠕变试验结果，可以对机械结构的蠕变寿命进行预测。但是，单轴拉伸蠕变试验需要花费较长的试验时间。经过几十年的研究，采用短时蠕变试验，来对材料的断裂时间进行预测，发展出了各种预测模型与方法，最常用的预测模型有如下几种：Monkman-Grant，Larson-Miller，Orr-Sherby-Dorn，Manson-Haferd以及近期才发展出来的Wilshire方程。
Monkman-Grant模型将第二阶段的蠕变应变速率和断裂时间相关联。此种方法适用于大多数金属材料和合金的剩余寿命预测。认为在蠕变第二阶段应变的变化率是一个恒定值，不随时间变化直至第三阶段，并且断裂时间和第二阶段蠕变应变速率与试验温度相互独立。在工程应用当中，先进行一系列的短时蠕变试验（一般小于1000h），可以得到Monkman-Grant方程相关参数，就可以预测长时试验的结果（大于1000h）。
Monkman-Grant预测模型最开始是由单轴拉伸蠕变试验的来的，它基于蠕变断裂时间
和最小蠕变速率的关系
，可以表述成如下形式：
或者也可以表述成：
基于小冲杆方法的蠕变寿命预测
现场微损取毛坯试样，加工成小冲杆试样，在550℃温度下的小冲杆蠕变试验，试验过程中保持恒温恒载条件，记录试样下表面中心点的位移-时间曲线，每个试样都出现了断裂，可以得到不同载荷下的断裂时间。再通过对位移-时间曲线进行处理，获得不同载荷下的蠕变应变-时间曲线，进而获得稳定段的最小蠕变应变速率，可以进行剩余寿命预测。
图4.3 服役CrMo钢材料550℃温度的小冲杆蠕变位移-时间曲线
基于上述的表格中数据，拟合得到550℃下的小冲杆Monkman-Grant方程为：
案例2.基于小冲杆测试技术的加氢反应器材料的劣化评价
加氢反应器一般由2.25Cr1Mo、3Cr1MoV等钢制造，长期服用可能有回火脆化现象，需要定期对反应器材质劣化进行评估。
对于在服役期的材料，可用服役前后材料的韧脆转变温度增量△vTr54按式4-1来评价材料的脆化度。
分别在不同温度进行小冲杆实验，进而拟合出试样的韧脆转变温度。
韧脆转变温度
