金屬與合金檢測

金屬與合金檢測的核心項目與應用指南

一、成分分析：材料的“身份證”

1. 化學分析

   • 濕法化學分析：通過酸堿反應測定元素含量，精度高但耗時，適用于實驗室環境。
   • 光譜分析（OES/XRF）：使用直讀光譜儀（OES）快速檢測金屬成分，X射線熒光光譜（XRF）適用于非破壞性篩查，如廢舊金屬分類。
   • ICP-MS：檢測痕量元素（如鉛、砷），用于醫療或食品級合金的安全性驗證。

2. 碳硫分析

   • 通過高頻燃燒紅外法測定碳、硫含量，影響鋼材的焊接性和韌性。例如，低碳鋼（C＜0.25%）用于汽車車身，高碳鋼（C＞0.6%）用于刀具。

二、機械性能測試：材料強度的“試金石”

1. 拉伸試驗

   • 測定抗拉強度、屈服強度和延伸率。例如，建筑鋼筋要求高屈服強度（≥500MPa），而鋁箔需高延伸率以適應成型。

2. 硬度測試

   • 布氏硬度（HB）：適用于粗晶粒材料（如鑄鐵）。
   • 洛氏硬度（HRC）：用于淬火鋼件（如齒輪）。
   • 維氏硬度（HV）：檢測表面涂層或薄材。

3. 沖擊韌性試驗

   • 夏比沖擊試驗（Charpy）評估低溫環境下材料的抗脆斷能力，如液化天然氣儲罐用鋼需在-196℃下保持韌性。

4. 疲勞與蠕變測試

   • 航空發動機葉片需通過10^7次循環疲勞測試；高溫合金（如鎳基合金）需評估蠕變強度，確保在800℃下長期服役不變形。

三、微觀結構分析：揭示材料的“內在密碼”

1. 金相分析

   • 通過顯微鏡觀察晶粒度（如ASTM E112標準）、相組成及夾雜物。例如，球墨鑄鐵中石墨球的形態直接影響其抗沖擊性。

2. 電子顯微技術

   • SEM/EDS：分析斷口形貌及元素分布，診斷失效原因（如脆性斷裂vs韌性斷裂）。
   • TEM：觀察納米級析出相，優化鋁合金的時效處理工藝。

四、耐腐蝕性測試：延長材料壽命的關鍵

1. 鹽霧試驗

   • 模擬海洋環境，評估鍍鋅層或不銹鋼（如316L）的抗腐蝕能力，測試周期48-1000小時不等。

2. 電化學測試

   • 通過極化曲線測定點蝕電位，用于評估醫用鈦合金在體液中的耐腐蝕性。

3. 應力腐蝕試驗

   • 檢測黃銅在氨環境中的應力腐蝕開裂傾向，避免閥門件失效。

五、物理性能與無損檢測：確保材料無隱患

1. 密度與熱膨脹系數

   • 鎢合金的高密度（19.3g/cm³）用于配重塊；硅鋼的低熱膨脹系數減少變壓器工作時的形變。

2. 無損檢測（NDT）

   • 超聲波檢測：探傷大型鍛件（如風電主軸）內部缺陷。
   • 磁粉檢測：檢測焊縫表面裂紋，常用于管道焊接。
   • X射線探傷：用于航空航天鑄件的孔隙率檢測。

六、特殊環境性能測試

• 高溫氧化試驗：鎳基超級合金在燃氣輪機中需耐受1000℃氧化。
• 低溫沖擊測試：LNG運輸船用鋼在-165℃下的韌性要求。

如何選擇檢測項目？

1. 行業導向

   • 汽車行業：側重疲勞強度、輕量化合金的成分均勻性。
   • 電子行業：關注導電率（如銅箔）和焊接性能。

2. 工藝關聯

   • 鑄造件：重點檢測縮孔、氣孔及成分偏析。
   • 焊接件：需進行彎曲試驗和焊縫金相分析。

3. 標準合規

   • 標準（如ASTM、ISO）、國標（GB/T）及行業特定標準（如航空材料AMS系列）需嚴格執行。

通過系統化的檢測，企業可避免因材料缺陷導致的產品召回或安全事故，同時提升產品競爭力。例如，某車企通過優化鋁合金的晶粒度檢測，將車身減重15%而不影響安全性。選擇檢測項目，是材料科學與工程實踐的核心步驟。