金属材料类检测 成都金属材料检测实验室

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关 键 词：成分分析,拉伸试验,无损检测,硬度检测

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发布时间：2024-12-05

一、化学成分检测

• 目的
  • 确定金属材料中元素的种类和含量，因为化学成分直接影响金属的基本性能，如强度、韧性、耐腐蚀性等。例如，在不锈钢中，铬（Cr）元素含量决定其耐腐蚀性，一般铬含量需达到 10.5% 以上才能形成有效的钝化膜，防止钢材生锈。
• 方法
  • 化学分析法：包括重量分析法和滴定分析法。重量分析法是通过化学反应将被测元素转化为一定的化合物，然后通过称量该化合物的重量来计算元素的含量。例如，在测定钢铁中的含量时，可将燃烧生成，然后用吸收液吸收并转化为沉淀，通过称量的重量来计算的含量。滴定分析法则是利用已知浓度的标准溶液与被测金属中的元素发生化学反应，根据反应完全时所消耗标准溶液的体积来计算元素的含量。例如，用酸碱滴定法测定金属中的氧化物含量。
  • 光谱分析法：主要有原子发射光谱（AES）和原子吸收光谱（AAS）。原子发射光谱是通过激发样品中的原子，使其发射出特征光谱，根据特征光谱的波长和强度来确定元素的种类和含量。这种方法可以同时检测多种元素，速度快。原子吸收光谱则是基于原子对特定波长光的吸收特性来进行元素定量分析，其灵敏度高，选择性好，常用于微量元素的检测。例如，在检测铝合金中的、锌等微量元素时，原子吸收光谱法能测量其含量。

二、力学性能检测

• 拉伸性能检测
  • 目的：评估金属材料在轴向拉伸载荷作用下的力学行为，包括材料的强度、塑性等性能。例如，在建筑结构中使用的钢筋，需要通过拉伸性能检测来确保其屈服强度和抗拉强度满足设计要求，防止建筑结构在承受载荷时发生破坏。
  • 方法：将金属材料制成标准的拉伸试样，在试验机上进行拉伸试验。试验过程中，试验机逐渐施加拉力，同时记录力 - 位移数据。根据这些数据可以得到材料的屈服强度（材料开始产生明显塑性变形时的应力）、抗拉强度（材料在断裂前所能承受的大应力）和伸长率（试样断裂后标距的伸长量与原始标距之比）等重要参数。
• 硬度检测
  • 目的：硬度是材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力的度量。它与材料的耐磨性、强度等性能有一定的关联。例如，在机械加工中，材料的硬度要高于被加工材料的硬度，才能顺利进行切削。
  • 方法：常见的硬度测试方法有布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HR）和维氏硬度（HV）。布氏硬度测试是用一定直径的硬质合金球或淬火钢球，在规定的试验力作用下压入材料表面，保持一定时间后，测量压痕直径来计算硬度值。洛氏硬度测试是根据压头类型（金刚石圆锥或钢球）和主试验力不同分为多种标尺，如 HRA、HRB、HRC 等。测试时，先施加初始试验力，然后再施加主试验力，卸除主试验力后，根据残余压痕深度计算硬度值。维氏硬度测试是用相对面夹角为 136° 的正四棱锥金刚石压头，在规定的试验力作用下压入材料表面，保持一定时间后，测量压痕对角线长度来计算硬度值。不同的硬度测试方法适用于不同类型和厚度的金属材料。
• 冲击性能检测
  • 目的：衡量金属材料在冲击载荷作用下的韧性，即材料在承受高速加载的能量时抵抗断裂的能力。例如，在低温环境下使用的金属结构，如地地区的石油管道，需要有良好的冲击韧性，以防止管道在受到冲击（如冰块碰撞）时发生脆性断裂。
  • 方法：主要采用摆锤式冲击试验机进行夏比冲击试验。将带有缺口的金属试样放在试验机的支座上，使摆锤从一定高度自由落下，冲击试样。根据试样断裂时吸收的能量来评价材料的冲击韧性。试验分为 V 型缺口和 U 型缺口两种试样，其中 V 型缺口试样对材料韧性的敏感度更高，更能反映材料在尖锐裂纹情况下的抗断裂能力。

三、金相组织检测

• 目的
  • 金相组织是指金属材料内部的微观组织结构，包括晶粒大小、形状、相组成及分布等。金相组织对金属材料的性能有决定性影响，例如，细小均匀的晶粒可以提高金属的强度和韧性。通过金相组织检测，可以了解金属材料的加工工艺是否合理，是否存在缺陷等。
• 方法
  • 金相试样制备：先要对金属材料进行取样，取样位置和方向要根据检测目的和材料特点来确定。然后进行镶嵌（对于小尺寸试样）、磨光和抛光等步骤，以获得平整光滑的金相试样表面。例如，在检测金属焊接接头的金相组织时，要在焊缝、热影响区和母材等部位分别取样。
  • 金相观察：利用金相显微镜观察试样的金相组织。金相显微镜通过光学系统将金相试样表面的微观结构放大，一般放大倍数在 50 - 1000 倍之间。通过观察可以确定材料的晶粒大小、晶界形态、是否存在夹杂物以及相的类型和分布等信息。对于一些复杂的金相组织，还可以采用电子显微镜（如扫描电子显微镜 SEM 或透射电子显微镜 TEM）进行更高分辨率的观察，这些显微镜可以观察到纳米级别的微观结构。

四、无损检测

• 目的
  • 在不破坏金属材料完整性的前提下，检测材料内部是否存在缺陷，如裂纹、气孔、夹杂物等。无损检测对于保证金属材料制成的关键部件（如发动机叶片、压力容器等）的安全性和可靠性重要。
• 方法
  • 超声检测（UT）：利用超声波在金属材料中的传播特性来检测缺陷。当超声波在材料中传播遇到缺陷时，会产生反射、折射和散射等现象。通过超声检测仪接收和分析这些信号，可以确定缺陷的位置、大小和性质。例如，在检测大型金属锻件时，超声检测可以发现内部几毫米大小的裂纹。
  • 射线检测（RT）：包括 X 射线检测和 γ 射线检测。射线能够穿透金属材料，在材料内部缺陷处，射线的吸收和衰减情况与无缺陷处不同。通过在材料另一侧放置胶片或探测器，记录射线透过材料后的强度分布，形成影像，从而可以直观地观察到缺陷的形状、大小和位置。这种方法适用于检测体积型缺陷，如气孔、夹砂等，但对于平面型缺陷（如裂纹）的检测灵敏度相对较低。
  • 磁粉检测（MT）：适用于检测铁磁性金属材料表面和近表面的缺陷。当对被检测材料施加磁场后，在缺陷处会产生漏磁场。将磁粉（一般为铁磁性粉末）撒在材料表面，磁粉会被漏磁场吸附，形成与缺陷形状相似的磁粉痕迹，从而显示出缺陷的位置和形状。例如，在检测钢铁结构件的表面裂纹时，磁粉检测是一种简单有效的方法。
  • 渗透检测（PT）：主要用于检测非多孔性金属材料表面开口的缺陷。将含有色染料或荧光染料的渗透剂涂覆在材料表面，渗透剂会渗入缺陷中。经过一定时间后，去除表面多余的渗透剂，然后涂覆显像剂，缺陷中的渗透剂会被显像剂吸附并显示出来，通过肉眼（对于着色渗透剂）或紫外线灯（对于荧光渗透剂）可以观察到缺陷。这种方法可以检测出细小的表面裂纹。