理化檢測在金屬材料研究中的應用

路鵬

（大慶石油化工工程檢測技術有限公司，黑龍江 大慶 163714）

材料科學是人類生產與文明發展的支柱學科之一，金屬材料就是材料科學中的重要研究領域，在生產、生活與國防建設中發揮著不可替代的作用，高質量金屬材料的廣泛使用，不僅提高了人們的生活水平、國家的工業水平與國防建設水平，還提高了國家的綜合國力。

金屬材料的種類很多，從古人開始冶煉青銅器至今，人類對金屬材料的研究室已經持續了幾千年，也取得了長足的發展，目前已經形成了完善的金屬材料科學，與之相關的學科也在不斷進步，使得人們對金屬材料的組成與性能都有了深刻的認識，研究手段也層出不窮、日新月異。

圖1 金屬元素的點分布

圖2 金屬元素表面點的面分布

對金屬材料的研究，主要集中于對金屬材料的性能、結構和組成進行研究，無論對這三項內容進行單獨研究，還是相互影響關系的研究，都離不開理化檢測方法的輔助。

理化檢測方法在金屬材料的研究中發揮著巨大的作用，本文以實例闡述理化檢測方法，在金屬材料研究中的應用 。

1 理化檢測在金屬材料研究中的應用內容

金屬材料科學是研究金屬材料的性能、結構、組成之間相互影響關系以及變化規律的學科。金屬材料科學并不是單獨的形成的學科，而是建立在其他多門學科基礎之上的綜合學科，包括化學、物理、動力學、熱力學等。

金屬材料的物質成分及生產工藝決定著金屬材料的內部結構，進而決定了金屬材料的物理和化學性能。要想獲得所需要的物理性能與化學性能，就需要下大力氣研究金屬材料的物質成分與生產工藝對金屬材料內部結構的影響，物質成分的不同配比與配方、生產工藝的差別對內部結構的影響研究需要使用先進的儀器設備與先進的技術手段。

金屬材料的研究需要使用多種方法相配合，比如測定金屬材料的痕量和主量需要用到常規化學法、原子光譜法、電化學法和分子光譜法等方法；近年來在基礎材料無損檢測方面也經常用到X射線光譜法和激光光譜法；金屬化合物的元素分析經常用到紅外光譜、核磁共振、拉曼光譜、熒光光譜等方法；對金屬材料的內部結構進行分析時需要使用工業CT等技術，進行金屬材料的金相分析或圍觀組織觀察需要用到透射電鏡技術；測量晶格方向和相間應力時需要采用電子衍射法；上述方法都屬于金屬材料研究中常用的物理檢測方法。

在金屬材料的研究中，已經發展出了專門針對金屬材料的成分、性能、結構等指標與參數進行檢測的學科，該學科研究金屬材料的微觀結構、組成成分、相的分布與狀態等，目的是分析合金成分、工藝等對金屬性能的影響，并將檢測結果輸入計算機，通過建立模型的形式推導和估計合金成分與工藝對性能的影響關系，這種計算機模擬方式是建立在真實數據基礎上的，純理論的推導在實際應用中并不能完全吻合，進行相關研究時，實物的分析和檢測手段是必不可少的，也是數字模型建立的基礎。

2 理化檢測在金屬材料研究中應用的具體案例

在高溫合金的研究中，主要內容是分析相間關系、相變規律、各組成金屬成分之間的溶解關系，相變及洗出關系時需要采用相應的檢測手段對需要測量和觀察的對象進行處理，才能得到研究結果。研究的結果一般為金屬材料失效原因、金屬強化的途徑、金屬內部組成、相間關系與結構、熱處理規律、合金成分對性能的影響等。

圖3 元素在合金中的擴散形貌

在金屬材料50硼鋼的研究中，重點需要解決的問題是這種材料易發生脆化的問題，為了解決這個問題就需要了解硼鋼的合金成分、相的成分和分布、金屬成分間的溶解關系等內容，這樣才能掌握硼鋼的產生脆化的原因與規律，從而才去有針對性的辦法避免硼鋼發生脆化現象，達到改善硼鋼質量，提高硼鋼的利用率，改進硼鋼生產工藝的目的，而上述內容的研究離不開理化檢測手段的支持，可以說在每一項內容的研究中都需要一種或多種梨花檢測手段的輔助才能準確的獲得研究結果，也正是基于本文所提高的完善的理化檢測手段在能夠對硼鋼的性能有了深入的研究，得到了優秀的研究成果，幫助國家進一步修訂了硼鋼的生產標準。

通過研究合金成份中鎢的存在形式、組成相的結構與分布、組成成分含量以及金屬斷面的微觀結構、組織形式、各合金元素的形態與分布、雜質成分等可以得出金屬的性能變化影響因素及關系，從而獲得準確的與最優性能下的合金成分配比與組織結構。例如通過理化檢測手段進行研究，得出錳的加入量對合金93W-Ni-Fe-Co性能的影響變化規律，得出了金屬合金中加入鎢顆粒可以起到提高合金結合強度、韌性和可塑性的結論。

3 結語

理化檢測是一門能夠幫助研究人員探尋金屬材料內部的秘密，知曉金屬材料性能、結構、組成的關系與規律的綜合性學科。理化檢測手段是支撐金屬材料研究的主要手段，通過理化檢測能夠準確地探尋金屬材料的內部組織形式、結構、分布等內容，最終幫助研究人員總結金屬材料性能的變化規律，為生產實踐提供幫助和指導。