金屬材料檢測中存在的問題及解決辦法

曾 兵

（重慶市機械工業理化計量中心，重慶 400020）

金屬材料檢測期間的干擾因素較多，易導致檢測結果偏離實際情況，從而向市場中輸送質量不達標的產品，造成不同程度的損失。鑒于此，有必要圍繞檢測過程中的問題及解決辦法展開探討，提高金屬材料的檢測水平。

1 金屬材料檢測分析

金屬是一種在自然界常見的材料，不同的金屬材料有著不同的性能。因而不同的金屬材料在檢測過程中會遇到不同程度的檢測難度與壓力。使用不同的方式進行金屬材料的性能的檢測，能夠發現金屬材料潛在的不同問題[1]。金屬材料類別豐富，其性能檢測方法具有差異性，但較為普遍的是直接檢測材料的機械性能，例如拉伸試驗、沖擊試驗、彎曲試驗、剪切試驗等，根據所得的數據對材料的特性作出判斷。檢測的方式具有操作便捷的特點，儀器可較為精準地讀取數據，避免人為讀取而出現誤差過大的情況，但也存在局限之處，即難以確定造成性能差異的具體成因。而金相分析可以確定性能差異的原因，金屬材料具有特定的金相組織，隨著金相組織的變化，材料的性能存在差異。組成元素及熱處理方式是影響金相組織重要因素，在產品選材等相關工作中應充分考慮到此類因素，以確保材料性能可滿足使用要求。

2 影響金屬材料檢測結果準確性的主要因素

外在因素將成為干擾金屬材料檢測結果的關鍵性因素，在金屬材料檢測過程中，應積極避免外在因素對于金屬材料檢測過程中的干擾，從而提高金屬材料檢測質量[2]。這對于金屬材料研究，并應用于實際應用具有極高的現實意義與價值。影響檢測結果主要幾個方面具體如下。

（1）檢測環境.環境的變化將導致金屬材料的性能存在差異化，因此在試驗時需加強對環境的控制，創建標準環境，以便快速完成試驗，否則需注明環境條件。根據金屬材料的特性，普遍具有溫度提高則強度下降的變化特性，而在改變溫度后其疲勞性能也隨之變化[3]。高溫環境下，材料將存在蠕變現象，且環境溫度的提高將使得蠕變變形速率加快，破壞所需時間縮短；反之，若溫度降低，則材料的脆性將明顯加強。此外，溫度的變化還將導致金屬材料形位公差發生改變，根據熱脹冷縮的基本原理，在試驗前必須控制好溫度關系，即環境、設備及試樣各自的溫度應具有一致性，無特殊要求時，以標準溫度為宜。

（2）試樣狀態。金屬材料在經過熱處理等相關工序后，所具有的性能將與原始狀態存在明顯差異。以6063鋁合金材料為例，T6狀態下其布氏硬度可達到75HBW左右，若未經過強化處理，該指標則為25HBW左右。在檢測試樣前需做全面的了解和分析評判，明確該試樣在此之前是否接受過處理，對其初始狀態作出判斷，以免最終的檢測結果與實際情況產生偏差。

（3）設備狀態。檢測設備在長時間使用后，其檢測精度將呈下降的趨勢，因此需做好定期維護保養工作。但實踐表明，由于檢測設備性能不足而導致檢測結果失準的情況屢見不鮮。以鹽霧試驗箱為例，在缺乏定期的維護保養時，箱內堆積的氯化鈉顆粒量將逐步增加，溶液濃度受到影響，同時可見噴頭堵塞、噴霧不均勻等問題。對于洛氏硬度計而言，試驗力的加載時間會對硬度結果帶來影響，根據GB/T 230.1-2018《金屬材料洛氏硬度試驗第1部分：試驗方法》可以得知，主試驗力的加載時間需達到1s及其以上但不可超過8s，若時間不足或過長，則均影響到檢測結果的準確性。因此，需保證時間的恒定，以保證檢測結果的可靠性。

（4）人為誤差。檢測人員是檢測全流程中的重要參與主體，受人員主觀方面的影響，易產生人為誤差。一方面，在檢測方法不合理、檢測操作不規范的情況下，將出現人為誤差；另一方面，對檢測設備的維護方法不合理或是未定期完成時，檢測結果難以準確反映實際情況。相比之下，檢測人員專業水平不足是產生檢測誤差的主要成因，由此表明提高檢測人員綜合水平具有必要性。

3 金屬材料檢測的主要問題及解決方法

（1）力學性能試驗。金屬制品生產全流程中普遍采用多種加工手段，期間材料自身的特性易受到影響，因此需在產品成型后再組織檢測工作，以便準確反映材料的實際情況，所用試驗方法應根據產品的特性合理選擇。

薄板類試樣的質量檢測以拉伸試驗為主，需配置通用夾具，具體如圖1所示。但此類試樣過薄，由于夾頭存在凸起處，因此難以有效夾緊試樣，試驗期間易出現試樣打滑的情況。對此，需增加試樣與夾頭間的摩擦力，例如利用橡膠條纏繞試樣兩端，在夾持時將夾頭凸起處嵌入預先纏繞好的橡膠條內，試樣與夾具可穩定結合，在此條件下便可正常拉伸，期間試樣從夾頭處滑脫的概率將大幅下降。

圖1 通用夾頭

萬能材料試驗機配置高精度的載荷傳感器，利用該裝置可檢測試樣所受的載荷，設備通常保持恒定速度運行，根據試驗數據可生成載荷-位移曲線，作為質量分析的依據。若僅考慮最大荷重的情況，該方法所得的試驗結果具有較高的準確性；但從微觀層面來看，壓縮試驗存在較大的誤差，而拉伸試驗的結果依然具有較高的準確性。究其原因，材料在承受壓應力和拉應力時各自的形變量具有差異性，普遍具有前者小于后者的關系，設備難以按既定的速度要求展開試驗，可以發現橫梁的運動速度將小于預定速度。若試驗機未配置光柵傳感器，對材料實際情況的感知敏感度偏低，難以及時且準確地掌握材料的變化特點，而所得結果中的位移數據反映的是設定速度與試驗時間所產生的結果，使得所得曲線中的信息缺乏參考價值，除最大荷重外，其它方面均與實際情況存在偏差。為避免該問題，可為試驗機加裝光柵傳感器，若不具備增設光柵傳感器的條件，宜轉為拉伸試驗，以作為壓縮試驗的取代形式。

（2）硬度檢測。金屬材料的硬度檢測方式多樣，由于具有試驗方便、成本較低、制樣要求簡單等特點，廣泛應用于快速鑒別材料的性能。在實驗室環境中布氏硬度和維氏硬度兩種主要方式的檢測需考慮到試件的壓痕直徑，確定該值后再查表尋找，得到相匹配的硬度結果。壓痕長度或直徑的變化受多方面因素的影響，例如試樣表面粗糙度、試驗力等。具體而言，在試樣表面粗糙度增加時，壓痕輪廓則越模糊，產生的結果與實際情況的偏差將加大。以鋁材線切割后的情況為例（具體如圖2所示），其壓痕邊緣處偏模糊，不利于硬件檢測工作的開展，為使邊緣可精準呈現，需利用砂紙打磨，維氏硬度試樣通常還需要進行拋光，在此條件下再組織硬度檢測工作，以便得到較準確的檢測結果。

若檢測布氏硬度，在組織檢測前需明確材料的硬度情況，確定試驗力和壓頭直徑的具體控制值，要求壓痕直徑d至應滿足0.24D＜d＜O.6D（D為壓頭直徑）的關系，否則試驗結果將缺乏說服力。

圖2 鋁材線切割后打磨前壓痕

洛氏硬度檢測時可根據實際情況選擇標尺，如利用標尺C檢測后，若檢測結果高于標尺測量范圍，可利用標尺A或B等完成測量工作，最終得到具體檢測結果，不同標尺之間的數值不能直接比較大小用以判斷材質軟硬。

硬度測試時還需要考慮試樣厚度是否滿足要求，壓痕之間是否會產生相互影響以及邊緣效應。

（3）成分分析。火花直讀光譜儀是金屬材料成分檢測中較為主流的設備。而對于有色金屬材料，宜優先利用光譜儀檢測，其能夠更為準確地反映出有色金屬材料的成分情況。影響檢測結果準確性的因素較多，如氬氣純度不足、試樣待測面附著雜物及鋼瓶壓力偏低等。隨溫濕度的變化，設備檢測結果的精確性也將受到影響，但其影響程度相對偏弱，更為關鍵的是人為因素所產生的誤差。對此，需制定設備維修保養計劃，使檢測設備可維持穩定運行的狀態；并加強對人員的培訓，提高其專業水平的同時增強職業素養，保證實測結果可準確反映試樣的實際情況。

（4）金相顯微組織分析。金相分析期間易出現制樣不合理、腐蝕假象、組織鑒別等方面的問題。取樣不具有代表性，導致檢測結果偏離實際；制樣期間，試樣不同部位的受力缺乏均勻性，或是存在砂紙型號不合理的情況時，均會導致試樣表面缺乏平整性，且在偏軟的材料中體現得更為明顯。腐蝕假象的成因主要體現在腐蝕方法、腐蝕時間及環境溫度等方面，存在明顯腐蝕假象時，將直接影響到后續觀察結果的準確性。組織鑒別工作由經驗豐富的檢測人員完成，在檢測人員工作水平偏低等方面的影響下，均會導致檢測結果缺乏準確性。總體來看，檢測人員的工作水平是導致金相檢測結果失準的主要原因，因此檢測人員在日常工作中應注重積累與學習，有效做好檢測工作。

4 結語

金屬材料檢測結果是質量評價的重要依據，受人員專業水平、檢測設備工作精度、自然環境等方面的影響，易導致檢測結果偏離實際情況。對此，檢測工作人員必須提高自身專業水平，定期做好設備檢修工作，全面掌握檢測環境的實際情況，采取可行的控制措施，依據規范將檢測工作落實到位，準確評價金屬材料的質量。