近年來,隨著金屬材料越來越廣泛的運用于生產(chǎn)生活的各個領(lǐng)域,材料失效問題也日顯突出。材料失效主要是指機械構(gòu)件由于尺寸、形狀或材料的組織與性能發(fā)生變化而引起的機械構(gòu)件不能完滿地完成預(yù)定的功能。金屬材料在各種工程應(yīng)用中的失效模式主要由斷裂、腐蝕、磨損和變形等。金屬材料檢測分析范圍涉及對黑色金屬、有色金屬、機械設(shè)備及零部件等的機械性能測試、化學(xué)成分分析、金相分析、精密尺寸測量、無損探傷、耐腐蝕試驗和環(huán)境模擬測試等。
為提高產(chǎn)品信譽,必須要使產(chǎn)品質(zhì)量可靠,但是在設(shè)計及加工生產(chǎn)技術(shù)上要求產(chǎn)品達到完全可靠是不可能的,所以要求盡可能地降低產(chǎn)品的事故率。對于機械產(chǎn)品在使用過程中常常發(fā)生斷裂、變形、磨損、腐蝕等失效現(xiàn)象的發(fā)生,找出失效要本原因并提出改進措施,必須開展失效分析實例的研究。
金屬材料檢測分析原理
五大元素通常指鋼鐵中存在的錳、磷、硅、碳、硫元素,是鋼鐵中最重要的也是最基本的元素,是區(qū)分普通鋼鐵的牌號及品質(zhì),它們的含量直接影響鋼鐵的機械性能。常見的金屬元素分析試樣有: 各類水質(zhì),土壤,礦物,廢棄物,紡織品,化妝品,橡塑材料等。
金屬元素分析在國內(nèi)冶金,鑄造,機械,礦產(chǎn)領(lǐng)域非常常見。實驗室配備有電感耦合等離子發(fā)射光譜儀(ICP-OES)、原子吸收光譜儀(AAS)、X射線熒光光譜儀(XRF)、電位滴定儀、分光光度計、氮氧儀、碳硫儀等各類高精度化學(xué)檢測儀器??梢苑治龅脑赜刑荚亍⒘蛟?、硅元素、錳元素、磷元素、鉻元素、鈣元素、鎳元素、銅元素、鉬元素、釩元素、鈦元素、鈮元素、鉭元素、鎢元素、鎘元素、鐵元素、鋅元素、鎂元素、鋁元素、鉛元素、錫元素、砷元素、銻元素、鉍元素、氮元素、氫元素、氧元素、鈷元素等。
一、檢測材料范圍
1、碳鋼、低合金鋼、中合金鋼、高合金鋼、不銹鋼、工具鋼、粉末冶金鋼材。
2、鐵、鋁合金、鎳合金、鈦合金、鋅合金、電鍍材料、銅合金。
3、 鋼鐵材料:結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼、耐熱鋼、高溫合金、精密合金、鉻、錳及其合金。
4、金屬及其合金:輕金屬、重金屬、貴金屬、半金屬、稀有金屬和稀土金屬。
5、特種金屬材料:功能合金、金屬基復(fù)合材料。
6、 進口金屬材料:生鐵、鋼錠、鋼坯、型材、線材、金屬制品、有色金屬及其制品。
檢測材料分析項目
常規(guī)元素分析:品質(zhì)(成份分析)、硅(Si)、錳(Mn)、磷(P)、碳(C)、硫(S)、鎳(Ni)、鉻(Cr)、銅(Cu)、鎂(Mg)、鈣(Ca)、鐵(Fe)、鈦(Ti)、鋅(Zn)、鉛(Pb)、銻(Sb)、鎘(Cd)、鉍(Bi)、砷(As)、鈉(Na)、鉀(K)、鋁(Al)、牌號測定、水份。
貴金屬元素分析:銀(Ag)、金(Au)、鈀(Pd)、鉑(Pt)、銠(Rh)、釕(Ru)、銥(Ir)、鋨(Os)。
金屬機械強度檢測:屈服強度、延伸率、彎曲試驗、洛氏強度、抗拉強度拉斷荷重、應(yīng)力松弛試驗、鍍鋅量測試、附著力測試、浸銅試驗、高低溫拉伸試驗、壓縮試驗、剪切試驗、扭轉(zhuǎn)試驗 。
重點分析項目
化學(xué)性能:抗蝕性、抗氧化性。
物理性能:密度、熔點、熱膨脹性。
機械性能:抗拉強度、抗壓強度、抗彎強度、抗剪強度、塑性、硬度、疲勞、 沖擊韌性、耐久性、彈性模數(shù)、韌性 。
二、金屬類型以及未知金屬成分分析
1、不銹鋼成分分析—不銹鋼牌號鑒定:304、304L、316等不銹鋼;元素含量檢測:鎳Ni、鉻Cr、鉬Mo、鐵Fe等。
2、合金成分分析檢測——銅合金、鋁合金、鋅合金、焊錫及其他合金:碳C,氮N,硫S,磷P,硅Si,銅Cu,鐵Fe,鋁Al,錫Sn,鉬Mo,鎳Ni,鉻Cr,錳Mn,鈦Ti,鎢W,鉛Pb,鋅Zn。
3、金屬材料中常規(guī)金屬元素分析檢測、氧氮氫氣體元素檢測、貴金屬檢測、重金屬檢測、RoHS檢測及其他各類材料金屬成分檢測。
材質(zhì):鐵基合金(碳鋼,不銹鋼,工具鋼,鑄鐵等) 。
銅基合金(純銅,黃銅,白銅,青銅等)。
鋁基合金(變型鋁,鑄鋁,純鋁等) 。
鎂基合金(鎂鋁鋅,鎂鋁硅等)。
鎳基合金(高溫合金,精密合金等)。
鈦基合金(純鈦,T,TC11等),錫基合金(純錫,鉛錫合金,無鉛焊錫等),鋅基合金(純鋅,鋅鋁合金等) 。
三、金屬材料失效分析方法
為了取得更好的分析效果,失效分析除了要對產(chǎn)品使用背景做到精確了解,最主要是要輔以一系列其他的檢驗方法,如無損檢測、機械性能試驗、金相檢驗、化學(xué)分析、X射線分析、斷裂韌性試驗、電子能譜分析、模擬試驗等。最后將上述分析和試驗的結(jié)果與數(shù)據(jù)進行綜合分析,并提出改進措施,寫出失效分析報告。
(1) 原始資料的收集
構(gòu)件服役前的全部經(jīng)歷,構(gòu)件的服役歷史和失效時的現(xiàn)場情況等。此外,還要從散落的失效殘骸或相關(guān)聯(lián)之樣品中選擇有分析價值的樣本。
(2 )失效樣件的選擇與保存
失效樣品是失效分析的第一手資料,是失效分析的依據(jù),在失效發(fā)生后應(yīng)小心謹(jǐn)慎收集,妥為保存,切記避免污染。
(3 )失效樣品分析
在失效事故中,一般都要形成斷口、裂紋或其它外觀不良等,因此對不良部位的分析是失效分析的最重要的分析手段。斷口分析包括宏觀斷口觀察和微觀斷口分析。
(4 )其它檢驗分析
為更好地獲得分析結(jié)果,除了對關(guān)鍵部位觀察分析之外,還必須進行化學(xué)、力學(xué)、物理等試驗分析?;瘜W(xué)分析包括常規(guī)的、局部的、表面的和微區(qū)的化學(xué)分析;金相檢驗;結(jié)構(gòu)分析;模擬試驗,例如對溫度、介質(zhì)濃度等環(huán)境因素對失效的影響的模擬等。
(5 )綜合分析
失效分析進行到一定階段,需要對從各種檢查和試驗所獲得的結(jié)果和基本試驗數(shù)據(jù)進行全面的分析研究。
四、金屬材料失效分析的意義:
1.失效分析可以減少和預(yù)防同類失效現(xiàn)象的發(fā)生,從而減少經(jīng)濟損失和提高產(chǎn)品質(zhì)量。
2.為企業(yè)技術(shù)開發(fā)、技術(shù)改造提供信息,增加企業(yè)產(chǎn)品技術(shù)含量,從而獲得更大的經(jīng)濟效益。
3.分析機械零件失效原因,為事故責(zé)任認(rèn)定、偵破刑事犯罪案件、裁定賠償責(zé)任、保險業(yè)務(wù)、修改產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)等提供科學(xué)技術(shù)依據(jù)。
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