金属材料检测常见问题及策略探析

2021-01-04傅俊超

中国金属通报 2020年11期

李艳，傅俊超

（西安航空制动科技有限公司，陕西兴平 713106）

金属材料作为一种特殊的材料类型，其可以被应用于生产领域，通过金属加工能够形成各种的金属制品，用于生产生活的方方面面。在金属材料的检测方面，检测精度常常会受到环境、人员、设备等因素的影响，检测质量难以保障。在当前人们越来越关注金属材料检测的过程中，金属材料检测也依旧存在着诸多方面的问题，因此，相关企业要针对材料检测方面存在的这些问题，采取必要的控制措施，保障检测的有效性，根据检测结果来进行材料的科学应用，发挥金属材料的价值。

1 金属材料检测的意义

1.1 有效控制金属材料质量，提高金属产品制造质量

近年来，各种不同类型的金属材料都可以被应用于金属产品的生产过程中，每种金属产品对于金属材料的质量、性能都有着不同的要求，只有保障了金属产品制造过程中金属材料使用的正确性，才能够最大程度上满足使用需求。对一些金属产品而言，在制造过程中需使用硬度较好的金属材料，而有些金属产品需使用延展性较好的材料。因此，针对这些情况，相关的生产厂家在使用金属材料之前，必须严格开展相应的材料检测，通过检测来掌握金属材料的质量与性能，从而提高金属产品的质量。在当前的材料市场，充斥着各种的假冒伪劣产品，一些材料供应商为了经济利益，常常会存在以次充好的情况，再加上金属材料的特殊性，其质量与性能无法通过肉眼来识别，只有根据检测技术与设备，才能够全面获得金属材料的各方面性能参数。

1.2 预防金属材料采购过程中的腐败，建立社会优质诚信体系

在很多的工程建设、产品生产过程中，常常都需要使用金属材料，而金属材料的成本支出很大。比如，以桥梁工程为例，在工程建设的过程中，对于金属材料的需求较大，只有保障了金属材料的科学选择与应用，才能够发挥金属构件在整个桥梁结构稳定性方面的作用，基于金属材料对工程质量的重要性，所使用的金属材料必须要满足工程材料的使用标准。在一些桥梁工程项目的实施过程中，部分采购人员在金属材料的采购过程中常常存在贪腐行为，而对金属材料的检测可以从源头上抑制材料采购过程中的贪污腐败，保障材料采购与使用的规范性。

2 金属材料检测项目

2.1 物理性能

2.1.1 密度

在金属材料物理性能的检测方面，密度是一个重要的阿静侧指标。在一些金属材料的应用过程中，对于材料密度有着严格的要求，如果在金属材料的密度检测过程中，所获得的检测结果难以满足材料使用的要求，此金属材料将不可被应用，还需要进行其他金属材料密度的检测，直到其密度达到使用的要求方可结束密度检测。

2.1.2 熔点

熔点也是金属材料检测与使用中需关注的一个关键指标。一般情况下，金属的熔点主要指的是金属材料由固态状态向液态状态转变时的温度。通过对金属材料熔点的检测，能够为实际的生产提供切实的指导，比如，熔点对金属的热加工、材料高温性能等都有着直接的影响[1]。在一些金属材料的使用方面，需结合熔点检测结果，保障金属产品良好的耐热性、膨胀性。

2.1.3 导电性

金属材料的导电性与金属产品的安全性有一定程度上的关系。对不同的金属材料而言，其导电性也有着较大的差异，同样，导电性的差异也会造成电阻率、电损耗等基本特性的区别。

2.1.4 磁性

对金属材料的磁性而言，主要指的是金属材料本身对磁性物质的吸引力，不同的金属材料同样存在着磁性区别。在金属材料的检测过程中，磁性同样是一个关键的检测指标，根据磁性检测，可以获得金属材料本身的磁力、剩余磁感应强度等性质。

2.2 化学性能

金属材料的化学性能主要是抗腐蚀性、抗氧化性等。具体来说，通过金属材料化学性能的检测，能够充分获得不同类型金属材料之间、金属材料与非金属材料之间的反应特性。

3 金属材料检测过程中影响检测质量的主要因素

3.1 环境因素影响

在金属材料的检测过程中，检测结果常常会受到诸多因素的影响，比如，外界环境因素将会对检测结果产生直接的影响。在金属材料的检测过程中，由于金属材料常常具有活跃的化学性能，空气中的水分子、氧气与酸碱度等都会与金属材料出现一定的化学反应，而这些因素都属于环境因素，最终将会干扰检测结果的准确性[2]。环境因素对检测结果的影响最终会影响人们对金属材料性质的判定，比如，空气中水分子与金属材料的反应会导致材料本身的化学性质发生变化，不仅会增大检测的难度，还会使检测结果的真实性、准确性受到影响[3]。因此，为保障金属材料检测的质量，相关的检测人员需在检测过程中进行环境的管理与控制，最大程度上控制环境因素对检测结果造成的不利影响，创造良好的检测环境。

3.2 人员失误影响

金属材料的检测过程中，由于所有的检测过程都有人的参与，这就使得检测结果会受到人员操作的影响，比如人员专业素质，检测人员的专业素质高，则能够在检测的过程中严格遵守相应的检测规范与要求，避免出现不规范的检测操作行为。因此，在金属材料的检测过程中，必须要保障检测人员的专业素质。但是，从我国目前的金属材料检测情况来看，一些检测人员的专业素质较低，尚未达到检测工作的基本要求，或者一些检测人员虽然理论知识极为丰富，但是实际操作能力相对较差，在检测过程中存在一些失误操作等，都会导致检测误差的出现。

3.3 原材料的影响

在金属材料的检测过程中，金属的形状、尺寸、表面粗糙度同样会影响检测结果的准确性。一般情况下，在金属材料的检测过程中，材料形状虽然对下屈服度的影响相对较小，但是，却对上屈服度的影响很大；而金属尺寸同样会影响检测结果，如果试验材料的直径较小，将会导致抗拉伸强度与断面收缩率的增大；而在金属材料表面粗糙度的检测方面，如果材料本身的可塑性相对较好时，表面粗糙度会对屈服点产生极小的影响，而材料可塑性较差时，非比例拉伸力与断后伸长率将会受到很大的影响。

4 检测中的常见问题及解决方法

4.1 力学性能试验

在金属材料的应用过程中，在材料被转变为金属制品或者产品的过程中，往往会经历多个处理与加工阶段，而这些加工处理将会对金属材料本身的性能产生一定的影响。因此，在金属材料力学性能的检测方面，一般是在金属材料被制成产品后进行检测的，在力学性能的检测方面，试验方法的选择会根据金属产品的具体情况来确定。比如，薄板类试验在进行拉伸试验时通常会选用专用的通用夹具夹持试样，如图1所示。在实际的检测过程中，由于试样较薄，使得在夹头处的凸起位置难以有效夹紧试样，也就使得在拉伸试验的开展过程中，试样无法被拉断直到滑出夹头。因此，在材料的检测过程中，为了避免这种现象，需适量增大试样与夹头之间的摩擦力，在试样两端用棉布或者橡胶条拉紧并缠绕2到3圈，在夹持的过程中，需使得棉布或者橡胶条能够直接嵌入夹头处的凸起位置[4]。

图1 通用夹头

此外，在金属材料力学性能的检测过程中，也可以借助于万能材料试验机来完成，在万能材料试验机的使用过程中，载荷传感器能够对试样所受的载荷加以精确测量。试验过程中，需进行恒定速度的设置，最终的输出结果为载荷-位移曲线，如果在单纯考虑最大荷重的前提下，所获得的试验结果相对准确。而如果在试验过程中从研发的角度出发，验证金属材料在受到各个变形量影响时的载荷大小变化时，其检测结果往往会与实际存在较大的偏差，而此差异性主要是在压缩试验的结果中，而对拉伸试验结果准确性的影响相对较小[5]。造成此现象的原因主要体现在：金属材料在承受一定的压应力时，其形变量远远小于承受拉应力时的形变量，这种情况下，万能材料试验机设备难以根据前期的设定速度来进行试验，实际的试验检测过程中，设备横梁的运动速度会远远小于设定速度，如果在试验机中没有专门的光栅传感器，在试验检测的过程中，也就无法及时掌握材料的变形情况，而在所获得的试验曲线中的输出位移数据仅仅是设定速度与试验时间的乘积，试验检测结果除了可以保障最大荷重结果的准确性以外，其他检测结果并没有实际的应用价值。要彻底解决这一问题，可以通过在试验机中进行光栅传感器的安装来实现。

4.2 硬度检测

在金属材料的检测过程中，硬度检测也是关键性的指标，在硬度检测方面，可以采用多种检测方式。当前，在金属材料的硬度检测中，最为常用的是布氏硬度与维氏硬度，在硬度值的获取中，根据试验件压痕直径的测量，读数显微镜可以用于直径长度值的测量，最终就能够获得完整的直径长度值。在检测过程中，压痕长度测量会受到诸多因素的影响，比如，试验面与支撑面的倾斜角度、试样表面的粗糙度等[6]。在检测过程中，试样表面越粗糙，压痕轮廓将会越模糊，在检测过程中可能存在更大的检测误差。比如，在某种金属材料布氏硬度压痕的检测过程中，其压痕的边缘相对模糊，此时，可以通过砂纸打磨的方式加以处理，使得压痕轮廓更为清晰。布氏硬度的检测开始之前，需首先进行材料硬度的预测，选择最为合理的试验力与压头直径，保障压痕直径符合相应的标准。

4.3 金相显微组织分析

在金属材料的金相分析时，制样中的问题、腐蚀中的问题以及组织鉴别中的问题是最为常见的。在制样的过程中，试样最为常见的问题就是试样表面的凹凸不平、划痕与拖尾现象，而这些现象常常是由于试样受力不均匀、砂纸与抛光布选型不当等造成的，尤其是在相对较软的金属材料上，制样中的这些问题表现更为突出。腐蚀方式、腐蚀时间与环境温度等是影响腐蚀效果的直接因素，而腐蚀效果将决定着后期组织鉴别与判断能否正常进行。在金属材料的组织鉴别过程中，主要是由专业的检测人员来操作的，如果在条件允许的情况下可以进行微区组织成分的分析、硬度检测，通过综合的检测来进行金属材料组织情况的准确判定。为了避免金相显微组织分析中各种问题的存在，必须要逐步提升专业人员的技能水平，使得检测人员能够在日常的检测工作中不断积累经验，提升金相检测能力。