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金屬材料檢測(cè)的意義和目的

作者：百檢網(wǎng) 時(shí)間：2022-07-26 來源：互聯(lián)網(wǎng)

金屬材料是指具有金屬特性的金屬元素或材料的總稱。包括純金屬、合金、金屬材料、金屬間化合物和特殊金屬材料。（注：金屬氧化物（如氧化鋁）不屬于金屬材料）

1.意義


人類文明的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步與金屬材料密切相關(guān)。繼石器時(shí)代之后，銅器時(shí)代和鐵器時(shí)代都以金屬材料的應(yīng)用作為其時(shí)代的重要標(biāo)志。在現(xiàn)代，各種金屬材料已成為人類社會(huì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。

2.種類


金屬材料通常分為黑色金屬、有色金屬和特殊金屬材料。

（1）黑色金屬又稱鋼材，包括含鐵90%以上的工業(yè)純鐵、含碳2%——4%的鑄鐵、含碳量小于2%的碳鋼、各種用途的結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼、耐熱鋼、高溫合金、不銹鋼、精密合金等，廣義的黑色金屬還包括鉻、錳及其合金。

（2）有色金屬是指除鐵、鉻、錳外的所有金屬及其合金，通常分為輕金屬、重金屬、貴金屬、半金屬、稀有金屬和稀土金屬。有色合金的強(qiáng)度和硬度一般高于純金屬，電阻大，電阻溫度系數(shù)小。

（3）特殊金屬材料包括不同用途的結(jié)構(gòu)金屬材料和功能金屬材料。其中，通過快速冷凝工藝獲得的非晶體金屬材料，以及準(zhǔn)晶體、微晶體、納米晶體金屬材料等。；以及隱形、抗氫、超導(dǎo)、形狀記憶、耐磨、阻尼等特殊功能合金和金屬基復(fù)合材料。

3.性能


一般分為工藝性能和使用性能。所謂工藝性能，是指在加工制造過程中，金屬材料在一定的冷熱加工條件下的性能。金屬材料的工藝性能決定了其在制造過程中對(duì)加工成型的適應(yīng)性。由于加工條件不同，所需的工藝性能也不同，如鑄造性能、焊接性能、鍛造性能、熱處理性能、切割性能等。

所謂的使用性能是指金屬材料在機(jī)械零件使用條件下的性能，包括機(jī)械性能、物理性能、化學(xué)性能等。金屬材料的使用性能決定了其使用范圍和使用壽命。在機(jī)械制造業(yè)中，一般機(jī)械零件用于常溫、常壓和非常強(qiáng)的腐蝕性介質(zhì)，每個(gè)機(jī)械零件在使用過程中都會(huì)承受不同的負(fù)荷。金屬材料在載荷作用下抵抗破壞的性能稱為機(jī)械性能(過去也稱為機(jī)械性能)。金屬材料的機(jī)械性能是零件設(shè)計(jì)和選材的主要依據(jù)。外加載荷性能不同(如拉伸、壓縮、扭轉(zhuǎn)、沖擊、循環(huán)載荷等。)，對(duì)金屬材料的機(jī)械性能也會(huì)不同。常用的機(jī)械性能包括:強(qiáng)度、塑性、硬度、沖擊韌性、多次沖擊抗力和疲勞*限。

金屬材料特性


1.疲勞

許多機(jī)械部件和工程部件都承受著交變載荷。在交變載荷的作用下，雖然應(yīng)力水平低于材料的屈服*限，但經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的反復(fù)應(yīng)力循環(huán)，也會(huì)出現(xiàn)突然的脆性斷裂，稱為金屬材料的疲勞。金屬材料疲勞斷裂的特點(diǎn)是：

（1）載荷應(yīng)力交變；

（2）載荷作用時(shí)間長(zhǎng)；

（3）斷裂是瞬時(shí)發(fā)生的；

（4）塑性材料和脆性材料在疲勞斷裂區(qū)都是脆性的。因此，疲勞斷裂是工程中*常見、*危險(xiǎn)的斷裂形式。

根據(jù)條件不同，金屬材料的疲勞現(xiàn)象可分為:

（1）高周疲勞：指在低應(yīng)力（工作應(yīng)力低于材料屈服*限，甚至低于彈性*限）條件下，應(yīng)力周期超過1萬周的疲勞。這是*常見的疲勞損傷。高周疲勞通常被稱為疲勞。

（2）低周疲勞：指在高應(yīng)力（工作應(yīng)力接近材料屈服*限）或高應(yīng)變條件下，應(yīng)力周期為1萬——1萬以下的疲勞。由于交變的塑性應(yīng)變?cè)谶@種疲勞損傷中起著重要作用，因此又稱塑性疲勞或應(yīng)變疲勞。

（3）熱疲勞：指溫度變化引起的熱應(yīng)力的反復(fù)作用。

（4）腐蝕疲勞：指機(jī)器部件在交變載荷和腐蝕介質(zhì)（如酸、堿、海水、活性氣體等）的共同作用下產(chǎn)生的疲勞損傷。

（5）接觸疲勞：指機(jī)器部件的接觸表面，在接觸應(yīng)力的反復(fù)作用下，出現(xiàn)麻點(diǎn)剝落或表面壓碎剝落，導(dǎo)致部件故障損壞。

2.塑性

塑性是指金屬材料在載荷外力作用下永久變形（塑性變形）而不被破壞的能力。當(dāng)金屬材料被拉伸時(shí)，長(zhǎng)度和橫截面積會(huì)發(fā)生變化。因此，金屬的塑性可以用兩個(gè)指標(biāo)來衡量伸長(zhǎng)率）和斷面的收縮（斷面的收縮率）來衡量。

金屬材料的延伸率和截面收縮率越大，材料的塑性越好，即材料能承受較大的塑性變形而不受損傷。一般來說，延伸率大于5%的金屬材料稱為塑料材料（如低碳鋼等），而延伸率小于5%的金屬材料稱為脆性材料（如灰鑄鐵等）。塑性好的材料可以在較大的宏觀范圍內(nèi)產(chǎn)生塑性變形，同時(shí)由于塑性變形而強(qiáng)化金屬材料，從而提高材料的強(qiáng)度，保證零件的安全使用。此外，塑性好的材料可以順利進(jìn)行沖壓、冷彎、冷如沖壓、冷彎、冷藝。因此，在選擇金屬材料作為機(jī)械零件時(shí)，必須滿足一定的塑性指標(biāo)。

3.耐久性

建筑金屬腐蝕的主要形式：

（1）均勻腐蝕。金屬表面的腐蝕使斷面均勻變薄。因此，年平均厚度損失值作為腐蝕性能的指標(biāo)（腐蝕率）。鋼在大氣中通常是均勻腐蝕的。

(2)孔蝕。金屬腐蝕呈點(diǎn)狀，形成深坑。孔蝕的產(chǎn)生與金屬的性質(zhì)及其介質(zhì)有關(guān)。在含氯鹽的介質(zhì)中容易發(fā)生孔蝕。*大孔深通常用作孔蝕的評(píng)價(jià)指標(biāo)。管道腐蝕多考慮孔蝕。

(3)電偶腐蝕。不同金屬的接觸，由于電位不同而產(chǎn)生的腐蝕。

（4）間隙腐蝕。由于介質(zhì)組分和濃度的差異，金屬表面在間隙或其他隱蔽區(qū)域經(jīng)常發(fā)生局部腐蝕。

（5）應(yīng)力腐蝕。在腐蝕介質(zhì)和高拉應(yīng)力的共同作用下，金屬表面腐蝕并向內(nèi)擴(kuò)展成微裂紋，常導(dǎo)致突然斷裂。這種損壞可能發(fā)生在混凝土中的高強(qiáng)度鋼筋（鋼絲）。

4.硬度

硬度表示材料抵抗硬物體壓入其表面的能力。它是金屬材料的重要性能指標(biāo)之一。一般硬度越高，耐磨性越好。常用的硬度指標(biāo)有布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度。

布氏硬度（HB）：以一定的載荷(一般3000kg)把一定大小（直徑一般為10mm）的淬硬鋼球壓入材料表面，保持一段時(shí)間，去載后，負(fù)荷與其壓痕面積之比值，即為布氏硬度值(HB)，單位為公斤力/mm2(N/mm2)。

洛氏硬度（HR）：當(dāng)HB>450或者試樣過小時(shí)，不能采用布氏硬度試驗(yàn)而改用洛氏硬度計(jì)量。它是用一個(gè)頂角120°的金剛石圓錐體或直徑為1.59、3.18mm的鋼球，在一定載荷下壓入被測(cè)材料表面，由壓痕的深度求出材料的硬度。根據(jù)試驗(yàn)材料硬度的不同，可采用不同的壓頭和總試驗(yàn)壓力組成幾種不同的洛氏硬度標(biāo)尺，每一種標(biāo)尺用一個(gè)字母在洛氏硬度符號(hào)HR后面加以注明。常用的洛氏硬度標(biāo)尺是A,B,C三種（HRA、HRB、HRC）。其中C標(biāo)尺應(yīng)用*為廣泛。

HRA：是采用60kg載荷鉆石錐壓入器求得的硬度，用于硬度*高的材料（如硬質(zhì)合金等）。

HRB：是采用100kg載荷和直徑1.58mm淬硬的鋼球，求得的硬度，用于硬度較低的材料（如退火鋼、鑄鐵等）。

HRC：是采用150kg載荷和鉆石錐壓入器求得的硬度，用于硬度很高的材料（如淬火鋼等）。

維氏硬度（HV）：以120kg以內(nèi)的載荷和頂角為136°的金剛石方形錐壓入器壓入材料表面，用材料壓痕凹坑的表面積除以載荷值，即為維氏硬度值(HV)。硬度試驗(yàn)是機(jī)械性能試驗(yàn)中*簡(jiǎn)單易行的一種試驗(yàn)方法。為了能用硬度試驗(yàn)代替某些機(jī)械性能試驗(yàn)，生產(chǎn)上需要一個(gè)比較準(zhǔn)確的硬度和強(qiáng)度的換算關(guān)系。實(shí)踐證明，金屬材料的各種硬度值之間，硬度值與強(qiáng)度值之間具有近似的相應(yīng)關(guān)系。因?yàn)橛捕戎凳怯善鹗妓苄宰冃慰沽屠^續(xù)塑性變形抗力決定的，材料的強(qiáng)度越高，塑性變形抗力越高，硬度值也就越高。

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