曾 兵

（重慶市機(jī)械工業(yè)理化計(jì)量中心，重慶 400020）

金屬材料檢測(cè)期間的干擾因素較多，易導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果偏離實(shí)際情況，從而向市場(chǎng)中輸送質(zhì)量不達(dá)標(biāo)的產(chǎn)品，造成不同程度的損失。鑒于此，有必要圍繞檢測(cè)過程中的問題及解決辦法展開探討，提高金屬材料的檢測(cè)水平。

1 金屬材料檢測(cè)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(cè)過程中會(huì)遇到不同程度的檢測(cè)難度與壓力。使用不同的方式進(jìn)行金屬材料的性能的檢測(cè)，能夠發(fā)現(xiàn)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(cè)方法具有差異性，但較為普遍的是直接檢測(cè)材料的機(jī)械性能，例如拉伸試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)、彎曲試驗(yàn)、剪切試驗(yàn)等，根據(jù)所得的數(shù)據(jù)對(duì)材料的特性作出判斷。檢測(cè)的方式具有操作便捷的特點(diǎn)，儀器可較為精準(zhǔn)地讀取數(shù)據(jù)，避免人為讀取而出現(xiàn)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(chǎn)品選材等相關(guān)工作中應(yīng)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(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性的主要因素

外在因素將成為干擾金屬材料檢測(cè)結(jié)果的關(guān)鍵性因素，在金屬材料檢測(cè)過程中，應(yīng)積極避免外在因素對(duì)于金屬材料檢測(cè)過程中的干擾，從而提高金屬材料檢測(cè)質(zhì)量[2]。這對(duì)于金屬材料研究，并應(yīng)用于實(shí)際應(yīng)用具有極高的現(xiàn)實(shí)意義與價(jià)值。影響檢測(cè)結(jié)果主要幾個(gè)方面具體如下。

（1）檢測(cè)環(huán)境.環(huán)境的變化將導(dǎo)致金屬材料的性能存在差異化，因此在試驗(yàn)時(shí)需加強(qiáng)對(duì)環(huán)境的控制，創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境，以便快速完成試驗(yàn)，否則需注明環(huán)境條件。根據(jù)金屬材料的特性，普遍具有溫度提高則強(qiáng)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(huán)境下，材料將存在蠕變現(xiàn)象，且環(huán)境溫度的提高將使得蠕變變形速率加快，破壞所需時(shí)間縮短；反之，若溫度降低，則材料的脆性將明顯加強(qiáng)。此外，溫度的變化還將導(dǎo)致金屬材料形位公差發(fā)生改變，根據(jù)熱脹冷縮的基本原理，在試驗(yàn)前必須控制好溫度關(guān)系，即環(huán)境、設(shè)備及試樣各自的溫度應(yīng)具有一致性，無特殊要求時(shí)，以標(biāo)準(zhǔn)溫度為宜。

（2）試樣狀態(tài)。金屬材料在經(jīng)過熱處理等相關(guān)工序后，所具有的性能將與原始狀態(tài)存在明顯差異。以6063鋁合金材料為例，T6狀態(tài)下其布氏硬度可達(dá)到75HBW左右，若未經(jīng)過強(qiáng)化處理，該指標(biāo)則為25HBW左右。在檢測(cè)試樣前需做全面的了解和分析評(píng)判，明確該試樣在此之前是否接受過處理，對(duì)其初始狀態(tài)作出判斷，以免最終的檢測(cè)結(jié)果與實(shí)際情況產(chǎn)生偏差。

（3）設(shè)備狀態(tài)。檢測(cè)設(shè)備在長時(shí)間使用后，其檢測(cè)精度將呈下降的趨勢(shì)，因此需做好定期維護(hù)保養(yǎng)工作。但實(shí)踐表明，由于檢測(cè)設(shè)備性能不足而導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果失準(zhǔn)的情況屢見不鮮。以鹽霧試驗(yàn)箱為例，在缺乏定期的維護(hù)保養(yǎng)時(shí)，箱內(nèi)堆積的氯化鈉顆粒量將逐步增加，溶液濃度受到影響，同時(shí)可見噴頭堵塞、噴霧不均勻等問題。對(duì)于洛氏硬度計(jì)而言，試驗(yàn)力的加載時(shí)間會(huì)對(duì)硬度結(jié)果帶來影響，根據(jù)GB/T 230.1-2018《金屬材料洛氏硬度試驗(yàn)第1部分：試驗(yàn)方法》可以得知，主試驗(yàn)力的加載時(shí)間需達(dá)到1s及其以上但不可超過8s，若時(shí)間不足或過長，則均影響到檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此，需保證時(shí)間的恒定，以保證檢測(cè)結(jié)果的可靠性。

（4）人為誤差。檢測(cè)人員是檢測(cè)全流程中的重要參與主體，受人員主觀方面的影響，易產(chǎn)生人為誤差。一方面，在檢測(cè)方法不合理、檢測(cè)操作不規(guī)范的情況下，將出現(xiàn)人為誤差；另一方面，對(duì)檢測(cè)設(shè)備的維護(hù)方法不合理或是未定期完成時(shí)，檢測(cè)結(jié)果難以準(zhǔn)確反映實(shí)際情況。相比之下，檢測(cè)人員專業(yè)水平不足是產(chǎn)生檢測(cè)誤差的主要成因，由此表明提高檢測(cè)人員綜合水平具有必要性。

3 金屬材料檢測(cè)的主要問題及解決方法

（1）力學(xué)性能試驗(yàn)。金屬制品生產(chǎn)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(chǎn)品成型后再組織檢測(cè)工作，以便準(zhǔn)確反映材料的實(shí)際情況，所用試驗(yàn)方法應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品的特性合理選擇。

薄板類試樣的質(zhì)量檢測(cè)以拉伸試驗(yàn)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(yàn)期間易出現(xiàn)試樣打滑的情況。對(duì)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(shí)將夾頭凸起處嵌入預(yù)先纏繞好的橡膠條內(nèi)，試樣與夾具可穩(wěn)定結(jié)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(yàn)機(jī)配置高精度的載荷傳感器，利用該裝置可檢測(cè)試樣所受的載荷，設(shè)備通常保持恒定速度運(yùn)行，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)可生成載荷-位移曲線，作為質(zhì)量分析的依據(jù)。若僅考慮最大荷重的情況，該方法所得的試驗(yàn)結(jié)果具有較高的準(zhǔn)確性；但從微觀層面來看，壓縮試驗(yàn)存在較大的誤差，而拉伸試驗(yàn)的結(jié)果依然具有較高的準(zhǔn)確性。究其原因，材料在承受壓應(yīng)力和拉應(yīng)力時(shí)各自的形變量具有差異性，普遍具有前者小于后者的關(guān)系，設(shè)備難以按既定的速度要求展開試驗(yàn)，可以發(fā)現(xiàn)橫梁的運(yùn)動(dòng)速度將小于預(yù)定速度。若試驗(yàn)機(jī)未配置光柵傳感器，對(duì)材料實(shí)際情況的感知敏感度偏低，難以及時(shí)且準(zhǔn)確地掌握材料的變化特點(diǎn)，而所得結(jié)果中的位移數(shù)據(jù)反映的是設(shè)定速度與試驗(yàn)時(shí)間所產(chǎn)生的結(jié)果，使得所得曲線中的信息缺乏參考價(jià)值，除最大荷重外，其它方面均與實(shí)際情況存在偏差。為避免該問題，可為試驗(yàn)機(jī)加裝光柵傳感器，若不具備增設(shè)光柵傳感器的條件，宜轉(zhuǎn)為拉伸試驗(yàn)，以作為壓縮試驗(yàn)的取代形式。

（2）硬度檢測(cè)。金屬材料的硬度檢測(cè)方式多樣，由于具有試驗(yàn)方便、成本較低、制樣要求簡單等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于快速鑒別材料的性能。在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中布氏硬度和維氏硬度兩種主要方式的檢測(cè)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(jié)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(yàn)力等。具體而言，在試樣表面粗糙度增加時(shí)，壓痕輪廓?jiǎng)t越模糊，產(chǎn)生的結(jié)果與實(shí)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(cè)工作的開展，為使邊緣可精準(zhǔn)呈現(xiàn)，需利用砂紙打磨，維氏硬度試樣通常還需要進(jìn)行拋光，在此條件下再組織硬度檢測(cè)工作，以便得到較準(zhǔn)確的檢測(cè)結(jié)果。

若檢測(cè)布氏硬度，在組織檢測(cè)前需明確材料的硬度情況，確定試驗(yàn)力和壓頭直徑的具體控制值，要求壓痕直徑d至應(yīng)滿足0.24D＜d＜O.6D（D為壓頭直徑）的關(guān)系，否則試驗(yàn)結(jié)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(cè)時(shí)可根據(jù)實(shí)際情況選擇標(biāo)尺，如利用標(biāo)尺C檢測(cè)后，若檢測(cè)結(jié)果高于標(biāo)尺測(cè)量范圍，可利用標(biāo)尺A或B等完成測(cè)量工作，最終得到具體檢測(cè)結(jié)果，不同標(biāo)尺之間的數(shù)值不能直接比較大小用以判斷材質(zhì)軟硬。

硬度測(cè)試時(shí)還需要考慮試樣厚度是否滿足要求，壓痕之間是否會(huì)產(chǎn)生相互影響以及邊緣效應(yīng)。

（3）成分分析?；鸹ㄖ弊x光譜儀是金屬材料成分檢測(cè)中較為主流的設(shè)備。而對(duì)于有色金屬材料，宜優(yōu)先利用光譜儀檢測(cè)，其能夠更為準(zhǔn)確地反映出有色金屬材料的成分情況。影響檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性的因素較多，如氬氣純度不足、試樣待測(cè)面附著雜物及鋼瓶壓力偏低等。隨溫濕度的變化，設(shè)備檢測(cè)結(jié)果的精確性也將受到影響，但其影響程度相對(duì)偏弱，更為關(guān)鍵的是人為因素所產(chǎn)生的誤差。對(duì)此，需制定設(shè)備維修保養(yǎng)計(jì)劃，使檢測(cè)設(shè)備可維持穩(wěn)定運(yùn)行的狀態(tài)；并加強(qiáng)對(duì)人員的培訓(xùn)，提高其專業(yè)水平的同時(shí)增強(qiáng)職業(yè)素養(yǎng)，保證實(shí)測(cè)結(jié)果可準(zhǔn)確反映試樣的實(shí)際情況。

（4）金相顯微組織分析。金相分析期間易出現(xiàn)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(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果偏離實(shí)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(hào)不合理的情況時(shí)，均會(huì)導(dǎo)致試樣表面缺乏平整性，且在偏軟的材料中體現(xiàn)得更為明顯。腐蝕假象的成因主要體現(xiàn)在腐蝕方法、腐蝕時(shí)間及環(huán)境溫度等方面，存在明顯腐蝕假象時(shí)，將直接影響到后續(xù)觀察結(jié)果的準(zhǔn)確性。組織鑒別工作由經(jīng)驗(yàn)豐富的檢測(cè)人員完成，在檢測(cè)人員工作水平偏低等方面的影響下，均會(huì)導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果缺乏準(zhǔn)確性?？傮w來看，檢測(cè)人員的工作水平是導(dǎo)致金相檢測(cè)結(jié)果失準(zhǔn)的主要原因，因此檢測(cè)人員在日常工作中應(yīng)注重積累與學(xué)習(xí)，有效做好檢測(cè)工作。

4 結(jié)語

金屬材料檢測(cè)結(jié)果是質(zhì)量評(píng)價(jià)的重要依據(jù)，受人員專業(yè)水平、檢測(cè)設(shè)備工作精度、自然環(huán)境等方面的影響，易導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果偏離實(shí)際情況。對(duì)此，檢測(cè)工作人員必須提高自身專業(yè)水平，定期做好設(shè)備檢修工作，全面掌握檢測(cè)環(huán)境的實(shí)際情況，采取可行的控制措施，依據(jù)規(guī)范將檢測(cè)工作落實(shí)到位，準(zhǔn)確評(píng)價(jià)金屬材料的質(zhì)量。