路鵬

（大慶石油化工工程檢測技術(shù)有限公司，黑龍江 大慶 163714）

材料科學(xué)是人類生產(chǎn)與文明發(fā)展的支柱學(xué)科之一，金屬材料就是材料科學(xué)中的重要研究領(lǐng)域，在生產(chǎn)、生活與國防建設(shè)中發(fā)揮著不可替代的作用，高質(zhì)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(yè)水平與國防建設(shè)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(jīng)持續(xù)了幾千年，也取得了長足的發(fā)展，目前已經(jīng)形成了完善的金屬材料科學(xué)，與之相關(guān)的學(xué)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(rèn)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(jié)構(gòu)和組成進行研究，無論對這三項內(nèi)容進行單獨研究，還是相互影響關(guān)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(fā)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(yīng)用 。

1 理化檢測在金屬材料研究中的應(yīng)用內(nèi)容

金屬材料科學(xué)是研究金屬材料的性能、結(jié)構(gòu)、組成之間相互影響關(guān)系以及變化規(guī)律的學(xué)科。金屬材料科學(xué)并不是單獨的形成的學(xué)科，而是建立在其他多門學(xué)科基礎(chǔ)之上的綜合學(xué)科，包括化學(xué)、物理、動力學(xué)、熱力學(xué)等。

金屬材料的物質(zhì)成分及生產(chǎn)工藝決定著金屬材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，進而決定了金屬材料的物理和化學(xué)性能。要想獲得所需要的物理性能與化學(xué)性能，就需要下大力氣研究金屬材料的物質(zhì)成分與生產(chǎn)工藝對金屬材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響，物質(zhì)成分的不同配比與配方、生產(chǎn)工藝的差別對內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響研究需要使用先進的儀器設(shè)備與先進的技術(shù)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(guī)化學(xué)法、原子光譜法、電化學(xué)法和分子光譜法等方法；近年來在基礎(chǔ)材料無損檢測方面也經(jīng)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(jīng)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(nèi)部結(jié)構(gòu)進行分析時需要使用工業(yè)CT等技術(shù)，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(shù)；測量晶格方向和相間應(yīng)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(jīng)發(fā)展出了專門針對金屬材料的成分、性能、結(jié)構(gòu)等指標(biāo)與參數(shù)進行檢測的學(xué)科，該學(xué)科研究金屬材料的微觀結(jié)構(gòu)、組成成分、相的分布與狀態(tài)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(jié)果輸入計算機，通過建立模型的形式推導(dǎo)和估計合金成分與工藝對性能的影響關(guān)系，這種計算機模擬方式是建立在真實數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上的，純理論的推導(dǎo)在實際應(yīng)用中并不能完全吻合，進行相關(guān)研究時，實物的分析和檢測手段是必不可少的，也是數(shù)字模型建立的基礎(chǔ)。

2 理化檢測在金屬材料研究中應(yīng)用的具體案例

在高溫合金的研究中，主要內(nèi)容是分析相間關(guān)系、相變規(guī)律、各組成金屬成分之間的溶解關(guān)系，相變及洗出關(guān)系時需要采用相應(yīng)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(jié)果。研究的結(jié)果一般為金屬材料失效原因、金屬強化的途徑、金屬內(nèi)部組成、相間關(guān)系與結(jié)構(gòu)、熱處理規(guī)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(fā)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(guān)系等內(nèi)容，這樣才能掌握硼鋼的產(chǎn)生脆化的原因與規(guī)律，從而才去有針對性的辦法避免硼鋼發(fā)生脆化現(xiàn)象，達到改善硼鋼質(zhì)量，提高硼鋼的利用率，改進硼鋼生產(chǎn)工藝的目的，而上述內(nèi)容的研究離不開理化檢測手段的支持，可以說在每一項內(nèi)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(zhǔn)確的獲得研究結(jié)果，也正是基于本文所提高的完善的理化檢測手段在能夠?qū)ε痄摰男阅苡辛松钊氲难芯?，得到了?yōu)秀的研究成果，幫助國家進一步修訂了硼鋼的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。

通過研究合金成份中鎢的存在形式、組成相的結(jié)構(gòu)與分布、組成成分含量以及金屬斷面的微觀結(jié)構(gòu)、組織形式、各合金元素的形態(tài)與分布、雜質(zhì)成分等可以得出金屬的性能變化影響因素及關(guān)系，從而獲得準(zhǔn)確的與最優(yōu)性能下的合金成分配比與組織結(jié)構(gòu)。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(guī)律，得出了金屬合金中加入鎢顆?？梢云鸬教岣吆辖鸾Y(jié)合強度、韌性和可塑性的結(jié)論。

3 結(jié)語

理化檢測是一門能夠幫助研究人員探尋金屬材料內(nèi)部的秘密，知曉金屬材料性能、結(jié)構(gòu)、組成的關(guān)系與規(guī)律的綜合性學(xué)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(zhǔn)確地探尋金屬材料的內(nèi)部組織形式、結(jié)構(gòu)、分布等內(nèi)容，最終幫助研究人員總結(jié)金屬材料性能的變化規(guī)律，為生產(chǎn)實踐提供幫助和指導(dǎo)。