第三方檢測機(jī)構(gòu):金屬材料失效分析測試方法及原理

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(jī)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(jī)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(jī)械設(shè)備及零部件等的機(jī)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(yù)，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(dá)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(jī)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(jìn)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(jī)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(jī)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(jìn)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(jī)械強(qiáng)度檢測：屈服強(qiáng)度、延伸率、彎曲試驗、洛氏強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)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(jī)械性能：抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)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(jī)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(jìn)行綜合分析，并提出改進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jì)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(jì)效益。

3.分析機(jī)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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