金属材料检测中存在的问题及解决策略研究.pdf

962024年1月上 第01期 总第421期工艺设计改造及检测检修China Science&Technology Overview0 引言金属材料检测是保障工业生产和国防安全的重要环节，但在其发展过程中也面临着一些问题。我国金属材料检测技术的研究和应用起步较晚，存在设备落后、技术水平不高等问题。随着国家科技创新政策的推进和实施，我国在金属材料检测领域加大了投入，取得了一系列重要成果。市场监管总局办公厅关于开展 2019 年度认可及检验检测服务业统计工作的通知中提出，通过技术改造和人才培养等手段，加强金属材料检测设施建设，提高检测水平和效率。这一政策的实施，为制造业提供了更好的技术支撑。1 金属材料检测分析 金属材料的检测分析是指通过不同的方法和技术对金属材料进行检测和分析，以发现材料中存在的问题和缺陷，了解材料的性能和特性。金属材料的种类繁多，不同种类的金属材料在检测和分析过程中会遇到不同程度的难题和挑战。常用的金属材料检测方法包括机械性能试验、无损检测和光谱分析等。机械性能试验是指通过对金属材料进行拉伸试验、冲击试验、弯曲试验、剪切试验等确定材料的强度、硬度、韧性等性能指标。金相分析是一种通过显微镜观察金属材料的金相组织确定材料性能的方法1。无损检测是一种非破坏性的检测方法，可以检测金属材料内部的裂纹、气孔等问题。常用的无损检测方法包括超声波检测、涡流检测、X 射线检测等。这些方法可以在不破坏金属材料表面的前提下，快速、准确地检测金属材料的问题，有助于提高金属材料的质量和性能。光谱分析是一种通过检测金属材料辐射的光谱信息确定金属材料成分和化学特性的方法，光谱分析可以测定金属材料中的元素含量，确定其组成和化学性质，从而帮助人们更好地了解金属材料的性质和问题。收稿日期：2023-05-15作者简介：卢菲（1985），女，辽宁辽中人，硕士研究生，高级工程师，研究方向：材料检测。金属材料检测中存在的问题及解决策略研究卢菲（辽河石油勘探局有限公司物资分公司，辽宁盘锦 124010）摘要：本文旨在探讨金属材料检测中存在的问题及其解决策略，通过分析金属材料检测中的设备状态、人为误差、测试方法选择和数据处理等方面的主要问题，提出定期维护设备、加强操作员培训、选择适合的测试方法和完善数据处理等一系列解决策略，介绍力学性能试验、硬度检测、成分分析和金相显微组织分析等常见的金属材料检测技术，探讨其优缺点和适用范围。关键词：金属材料；检测；策略中图分类号：TG115 文献标识码：A 文章编号：1671-2064(2024)01-0096-032 影响金属材料检测结果准确性的主要因素2.1 检测环境温度是金属材料检测中的一个重要因素，因为金属材料在不同温度下会发生热膨胀或冷收缩的现象。在高温环境下，金属材料容易产生热膨胀，使金属材料的形状和尺寸发生变化。这可能会导致检测结果不准确，因为检测设备会将检测结果与事先设定的标准进行比较。环境中的噪声和声波也可能影响金属材料的检测结果，这些声波可能使金属材料表面发生震动或产生共振现象，干扰检测结果。为了避免这种情况的发生，可以在检测区域内设置隔音设备或使用具有抗噪声性能的检测仪器等2。金属材料检测过程中如果光源光线不足或过强，就会使金属材料表面的瑕疵难以被检测到。在进行金属材料检测时，需要对光线进行控制和调整，需要采用合适的光源和适当的照射角度照亮金属材料的表面，使瑕疵能够被检测到。通过使用放大镜、显微镜等辅助工具，增强光线照射，提高金属材料检测的精度和准确性。2.2 试样状态金属材料检测是保证材料质量的重要手段，试样状态是影响金属材料检测结果准确性的主要因素之一。试样表面有凹凸不平或者划痕等缺陷，会对检测信号造成干扰，从而影响检测结果的准确性。在检测前需要对试样表面进行充分的清洁和处理，确保表面光滑平整。试样的形状和尺寸也是影响检测结果准确性的因素，试样的形状和尺寸会影响检测信号的传播和反射，从而对检测结果产生影响。试样太小或太薄会导致检测信号不足或者无法传播，从而影响检测结果的准确性。试样的材料和状态也是影响检测结果准确性的重要因素，金属材料具有导电性，材料的导电性会影响检测信号的强度和传播速度。试样材料的导电性不均匀或者试样状态偏差（例如存在裂纹或者变形972024年1月上 第01期 总第421期工艺设计改造及检测检修China Science&Technology Overview等情况），都会对检测信号造成影响，从而影响检测结果的准确性。2.3 设备状态设备在长时间运行使用后，一些部件磨损导致检测精度和性能达不到预期效果。在金相显微镜中，设备的镜头、灯光和样品台等部件的磨损和老化可能导致检测结果的准确性降低。同样，在拉力试验机中，设备的负载单元、传感器和采集系统等部件的老化和损坏都可能导致检测结果失真。为了避免设备状态对金属材料检测结果的影响，需要对检测设备进行定期的维护和保养。维护和保养工作应包括设备的清洁、校准和标准化等，以确保设备的精度和性能始终保持在最佳状态3。对设备的精度和性能等参数进行充分了解和评估，做出正确的判断和决策。2.4 人为误差金属材料检测是一种重要的质量控制方法，可以用来检测金属材料中的缺陷和不均匀性。金属材料检测的结果准确性受到许多因素的影响，其中一个主要的因素是人为误差。操作员的技能水平会影响检测结果的准确性，操作员需要正确调整设备或使用正确的参数。操作员没有掌握正确的技能，可能会导致错误的结果。长时间的操作会使操作员疲劳，影响其判断力和反应速度。操作员需要集中注意力，关注细节，过度疲劳可能会忽略细节或错误地判断结果。操作员需要接受足够的培训，以正确使用设备或理解检测结果。如果操作员没有接受足够的培训，他们可能无法正确操作设备或理解检测结果，可能导致错误的结果或误报。3 常见的金属检测技术3.1 力学性能试验 力学性能试验是通过施加不同的载荷和测量金属材料的应变和应力响应评估其力学性能的过程，这种测试可以帮助工程师确定金属材料的强度、韧性、延展性和疲劳性等重要参数，以确保其能够在不同的工作环境中安全运行。在进行力学性能试验前，需要准备标准化的试样。这些试样的形状和尺寸必须符合相关的标准规范，以确保测试结果的可比性和准确性。在试样制备后，需要将其放置在试验机上，施加不同类型的载荷。常用的载荷类型是拉伸载荷，这种测试可以测量材料在受拉应力下的变形和破坏行为。在进行拉伸测试时，试样将被放置在试验机的上下夹具之间，并施加拉力。测试过程中，需要测量试样的长度和直径，以确定应变和应力的响应。当试样达到材料的屈服点时，其应变率将增加，试样开始发生塑性变形4。当试样承受的应力超过其极限强度时，就会发生破坏。除了拉伸载荷外，还可以使用压缩载荷进行测试。这种测试可以测量材料在受压应力下的变形和破坏行为，压缩测试与拉伸测试类似，但压缩测试是在试验机上施加压力而不是拉力。此外，还可以进行弯曲测试。这种测试可以测量材料在受弯应力下的变形和破坏行为。在进行弯曲测试时，试样将被放置在两个支撑点之间，并施加弯曲载荷。测试过程中，需要测量试样的挠度和载荷大小，确定应变和应力的响应。与拉伸和压缩测试类似，试样在达到其屈服点时将发生塑性变形，最终在承受超过其极限强度的载荷时发生破坏。另外，在进行金属材料的力学性能检测时，也可使用万能材料试验机辅助检测工作的开展。在使用此仪器时，基于载荷传感器可实现对试样承受载荷作用力的准确测量。在试验环节，首先应当设定合适的恒定速度，以此生成载荷-位移曲线，若仅考虑最高荷载，此时所得的试验结果准确度相较其他情况更高。但是，从试验研究层面来看，对金属材料承受各种变形量作用时的荷载大小波动情况进行分析，此时测得结果通常会和真实情况产生较为严重的偏差，此种差异性一般体现在压缩试验的结果之中，对于拉伸试验干扰度较低。引起此种现象的关键原因：在金属材料受到压力作用下，产生的形变量大幅低于受到压力作用所产生的形变量。面对此种状况，万能材料试验仪器无法基于预先设置的速度来开展试验。在检测期间，仪器横梁运动速率会大幅低于预设速度，若试验机内部未装配专门的光栅传感器，在试验环节，便不能及时了解材料的变形状况。在生成的试验曲线中，输出位移数据为预设速度和试验时间二者的乘积，试验结果能够确保最大荷载数据的准确度，其他检测结果不存在实用参考价值。为了将此问题予以妥善处理，可直接在试验机内装配光栅传感器。3.2 硬度检测 当进行硬度测试时，需要考虑荷载大小、测试时间、温度等因素，这些因素可能会影响测试结果的准确性和可重复性。Rockwell 硬度测试方法的特点是简单易用，可以对许多不同种类的材料进行测试，并且可以在较短的时间内快速获得测试结果，Rockwell 硬度测试方法是一种流行的金属硬度测试方法。然而，Rockwell 硬度测试也存在一些缺点，它只能测量材料表面硬度，而不能测量材料的内部硬度。与 Rockwell 硬度测试相比，Brinell 硬度测试更适用于较软的材料或大尺寸的试件，它可以测量材料的表面硬度和内部硬度，因为它产生的压痕较大，在金属材料和非金属材料的硬度测试中广泛使用。Vickers硬度测试是一种全面的硬度测试方法，适用于各种材料，可以测量材料的表面硬度和内部硬度，这种方法使用的金字塔形钻头能够测量非常薄的材料。3.3 成分分析 金属成分分析是一项广泛应用于矿产资源勘探、金属加工、质量控制、环境监测等领域的分析技术。常见的金982024年1月上 第01期 总第421期工艺设计改造及检测检修China Science&Technology Overview属成分分析方法包括原子吸收光谱法（AAS）、火花发射光谱法（OES）、X 射线荧光光谱法（XRF）和电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）。这些方法各有优缺点，需要根据具体的应用需求进行选择。原子吸收光谱法是一种高精度、高灵敏度和广泛适用性的分析技术。该方法适用于分析各种金属材料的成分，具有分析速度快、操作简便等优点，但也有其局限性。比如，只能分析单个元素，不能分析非金属元素等。火花发射光谱法是一种快速分析、高准确性的分析技术。该方法适用于分析各种金属材料，特别适合于分析含有多种元素的金属样品，但也有其局限性。比如，不能分析非金属元素，不能分析低含量元素等。X 射线荧光光谱法是一种非破坏性、快速分析、高准确性和广泛适用性的分析技术。该方法适用于分析各种金属材料，特别适合于快速检测大批量的金属样品，但也有其局限性。比如，只能分析在 X 射线激发范围内的元素，不能分析低含量元素等。电感耦合等离子体质谱法是一种高精度、高灵敏度的分析技术。该方法适用于各种金属元素的定量和定性分析，具有高准确性、高灵敏度和宽线性范围的特点，但需要较为专业的实验条件和设备5。3.4 金相显微组织分析 金相显微组织分析是金属材料检测领域中常用的一种技术，该技术利用金相显微镜对材料进行观察和分析，了解其内部结构和性能特点。金相显微组织分析具有无损、高精度、高分辨率等特点，可有效评估材料的质量，确定其组成和结构，分析其性能，并检测材料的缺陷和损伤等方面6。实际应用中，金相显微组织分析需要综合使用试样制备、显微观察、图像处理和数据分析等技术手段，以确保检测结果的准确性和可靠性。为了保证分析结果的准确性，需要选用合适的试样制备方法和仪器设备，并对检测人员进行专业培训和技能提升。此外，金相显微组织分析还可以应用于材料的热处理效果评估和耐蚀性评估，以及材料的结构和性能设计、材料失效原因分析等方面7。在显微组织分析过程中，样本的制备与采集都十分重要。当对金属进行显微组织分析时，常会发生各种各样的问题，例如样本制备不合理、出现腐蚀现象、组织鉴别存在错误等。对于取样问题，一般体现为选取的样本不具备代表性，使得检测结果与真实情况存在较大偏差。而在制备样本环节，试样起到了关键性作用。而在实际工作中，常会因为试样不同位置受力不明显，而欠缺均匀性。引起此种问题的主要原因便是实验环节所使用的砂纸目数不合理，使得金属试样表部太过粗糙、欠缺平整性，尤其是在质地偏软的金属材料中尤为突出。在金属发生了腐蚀之后，就会对后期观察结果准确度带来影响。对于组织鉴别工作，通常需要交给经验丰富的检测人员负责，若是其缺乏经验、专业能力不够，就会影响到检测结果的可靠性。4 结语未来，随着科技的不断发展和需求的不断提升，金属材料检测技术将会迎来更广阔的应用前景和更大的发展空间。在保证质量安全的前提下，金属材料检测技术将会越来越注重自动化、智能化、无损化和高效化。同时，新材料、新工艺的不断涌现也将对金属材料检测技术提出更高的要求和更大的挑战。因此，需要加强研发投入，探索更加先进的金属材料检测技术，提高技术水平和核心竞争力，为实现金属材料产业的高质量发展贡献力量。参考文献1 刘芳.金属材料检测常见问题分析及策略J.中国金属通报,2022(10):123-125.2 袁帅.金属材料检测常见问题分析J.中国金属通报,2022(8):225-227.3 俞双林,贾雪萍,张荣升,等.ICP-AES测定金属材料中元素存在的问题及解决途径的研究J.当代化工研究,2020(21):39-40.4 曾兵.金属材料检测中存在的问题及解决办法J.世界有色金属,2020(17):148-149.5 李艳,傅俊超.金属材料检测常见问题及策略探析J.中国金属通报,2020(6):161-162.6 何亚芬,张华,罗文斌,等.检验检测机构基础设施建设促进科技创新的研究J.中国科技纵横,2023(5):21-24.7 牟红霞.机械设备金属材料的磨损防范策略研究J.山东工业技术,2018(5):26,28.Research on the Problems Existing in the Metal Material Detection and Their Solution StrategiesLU Fei(PETR0CHINA LIAOHE OILFIELD COMPANY,Panjin Liaoning 124010)Abstract:This paper aims to explore the problems existing in metal material detection and its solution strategy,through the analysis of the equipment status,human error,test method selection and data processing,put forward the regular maintenance equipment,strengthen operator training,choose the suitable test method and perfect a series of data processing strategy.Some common metal material detection techniques include mechanical properties test,hardness detection,composition analysis and metallographic microtissue analysis,and its advantages and disadvantages are discussedKey words:metal materials;detection;strategy