金属材料材质分析十篇

金属材料材质分析篇1

关键词：金属材料；成分分析；重要性；分析方法；发展趋势

中图分类号：TG115 文献标识码：A

1 概述

国家建设与金属材料密不可分，随着科技的发展，金属材料的分析方法也在不断改进，从最初被应用的传统方法到如今的最新技术。由于金属材料可以广泛应用于各个不同行业，因此，社会对其的需求量也在不断增长。随着不断的创新和改进，一些新型复合金属材料应运而生，对它们进行成分分析，才能更全面的了解其特性，同时也能为以后开发更加新型的材料奠定基础。

2 金属材料成分分析的重要性

2.1 有利于了解金属材料的性能成因

金属材料成分分析的最重要意义，在于通过分析有利于了解金属材料的性能成因，并通过多种材料分析总结规律。金属材料显微组织的五大要素—晶粒类型、形状、大小、相对数量和相对分布对金属材料的性能有重大影响。决定金属材料显微组织中各种晶粒相对数量的主要因素在于不同成分的金属材料在其原子结构、原子之间的结合键和晶体结构等方面存在巨大的差异，从而对其性能产生大的影响。

2.2 有利于合理选择金属材料加工方法

金属材料的成分有利于合理选择金属材料的加工方法，这是因为在确定了金属材料的化学成分后，可以对其性能和加工要求有详细的了解，进而通过经验和理论知识确定最合理的材料加工方法。合理的加工方法对于金属制造会起到事半功倍的效果，且可以在最大程度上保证金属材料性能。因此，通过对金属材料进行精准的惩成分分析才能更好的了解其成分组成和基本特性，并由此确定采用哪一种加工方法。

2.3 有利于合理选择热处理方法和设备

金属材料加工完成后，还有性能并不能完全得到发挥，对于大多数金属材料在加工后还要进行热处理，热处理一方面可以改善金属材料的性能，另一方面也能够有效消除加工中产生的组织缺陷，应用普遍。而对金属材料而言，能否采取热处理，采用何种方式，处理过程中工艺参数的控制以及效果，都由其成分来决定。

所以金属材料成分分析有利于合理选择热处理方法和设备。

2.4 有利于经济、安全、合理地应用金属材料

对金属材料进行成分分析，还有利于对其进行更加经济、安全、合理地应用，使其更好的发挥优良性能。最基本也是最重要的是，首先必须使金属材料充分发挥潜力，达到人们所要的使用性能。可以对基体金属与合金组元的合理搭配，采用一定的加工方式和热处理工艺，使其性能达到最佳。除此之外，需要考虑的就是降低成本，使经济效益达到最大化。伴随着科技的不断进步，金属材料的分析方法也在逐渐被改进，变得更加先进实用，精准度也得到了较大幅度的改善。

3 金属材料成分分析的传统方法

3.1 分光光度法

金属材料成分分析的传统方法中最常见的是分光光度法，是一种根据Lambert（朗伯）-Beer（比尔）定律，通过测定被测物质在特定波长处或一定波长范围内光的吸光度或发光强度，对该物质进行定性和定量分析的方法。采用的检测仪器为紫外分光光度计，可见分光光度计（或比色计）、红外分光光度计或原子吸收分光光度计。在分光光度计中，将不同波长的光连续地照射到一定浓度的样品溶液时，便可得到与不同波长相对应的吸收强度。如以波长（λ）为横坐标，吸收强度（A）为纵坐标，就可绘出该物质的吸收光谱曲线。通过该曲线便可对物质进行相应的定性、定量分析。

3.2 滴定分析法

滴定分析法，又称为容量分析法。其原理是将已知准确浓度的标准溶液，滴加到被测溶液中（或者将被测溶液滴加到标准溶液中），直到所加的标准溶液与被测物质按化学计量关系定量反应为止，然后测量标准溶液消耗的体积，根据标准溶液的浓度和所消耗的体积，算出待测物质的含量。这种分析方法简便快捷，现在仍有一定通用性，实验表明改方法的分析结果与理论值相符。

3.3 原子光谱分析法

金属材料的成分分析传统方法还包括原子光谱分析法，这种方法又分为原子发射光谱法和原子吸收光谱法两种。原子发射光谱法是依据各种元素的原子或离子在热激发或电激发下，发射特征的电磁辐射，而进行元素的定性与定量分析的方法，是光谱学各个分支中最为古老的一种。其优点是多元素同时检出能力强、选择性好、分析速度快、检出限低、样品消耗少，适于整批样品的多组分测定。缺点是准确度较差、只能用于元素分析、大多数非金属元素难以得到灵敏的光谱线。原子吸收光谱法是基于气态的基态原子外层电子对紫外光和可见光范围的相对应原子共振辐射线的吸收强度来定量被测元素含量为基础的分析方法，是一种测量特定气态原子对光辐射的吸收的方法。其优点是选择性强、灵敏度高、分析范围广、抗干能力强、精密度高。缺点在于不能多元素同时分析，测定难熔元素的灵敏度还不令人满意，对于某些基体复杂的样品分析，尚存某些干扰问题需要解决。

3.4 X射线荧光光谱法

金属材料成分分析传统方法还包括X射线荧光光谱法，其原理是基态原子（一般蒸汽状态）吸收合适的特定频率的辐射而被激发至高能态，而后激发过程中以光辐射的形式发射出特征波长的荧光。通过测出一系列X射线荧光谱线的波长，即能确定元素的种类，将测得的谱线强度与标准样品比较，即可确定该元素的含量。主要用于金属元素的测定，在环境科学、高纯物质、矿物、水质监控、生物制品和医学分析等方面有广泛的应用。

3.5 电分析法

金属材料成分分析传统方法还包括电分析法，这种方法最初是被用来研究金属电池中所进行的化学反应，其原理是利用了金属材料的组成和含量与金属材料的电性质的关联性。但是因为其准确度不高，而且实施也很不方便，受其他干扰时误差很大，如今已很少采用。

4 金属材料成分分析新方法

4.1 电感耦合等离子体质谱法

该方法是20世纪80年展起来的无机元素和同位素分析测试技术，它以独特的接口技术将电感耦合等离子体的高温电离特性与质谱计的灵敏快速扫描的优点相结合而形成一种高灵敏度的分析技术。主要用于金属材料中的稀有金属、贵金属、难熔金属和稀土金属进行测量。这种方法具有相当高的灵敏度，速度快、谱线简单，所以应用起来准确度高，但使用成本也相对较高，所以只在上述特殊金属中采用。

4.2 激光诱导等离子体光谱法

金属材料成分分析的新方法包括激光诱导等离子体光谱法，其也是近几年才被发明的新方法。特点是检测设备简单，操作方便，成本较低，可以同时测量多种元素，便于提高效率，常用来测量不锈钢钟的微量元素。唯一的不足之处就是适用范围较窄。

4.3 电感耦合等离子体原子发射光谱法

该方法也是一种新型的原子发射光谱法，其原理为利用金属元素受到激发而产生电子跃迁，在谱线上表现出一定强度而进行测量的方法，测量范围较广且灵敏度高。电感耦合等离子原子发射光谱法是一种发展比较完善的测量方法，不仅保证了测量的高灵敏度，而且也保证了应用范围的广泛性。

4.4 石墨炉原子吸收法

石墨炉原子吸收法是利用石墨材料制成管、杯等形状的原子化器，用电流加热原子化进行原子吸收分析的方法。由于样品全部参加原子化，并且避免了原子浓度在火焰气体中的稀释，分析灵敏度得到了显著的提高。该法用于测定痕量金属元素，在性能上比其他许多方法好，并能用于少量样品的分析和固体样品直接分析。因而其应用领域十分广泛。

5 金属材料分析方法的发展趋势

随着科技的发展，更多更复杂的金属材料正在被研发，对于这些材料的成分分析，传统方法因为各种原因已经远远达不到人们的要求。为了更好的对这些新型复杂材料进行成分分析，只有开发出与时俱进的新方法才能满足人们科研的需求，越来越多的现代分析法防随之应运而生。这些新方法更加专注于材料成分、结构、缺陷等的分析。同时，更多的分析检测仪器也被不断的研究出来，从而使一些新方法的实施成为了可能。在这样的发展趋势之下，金属材料的分析方法朝着准确、高效的方向发展，也就是操作上要不断简捷方便，测量结果上灵敏度、准确度也要加强。

结语

综上所述，金属材料成分分析对金属其性能研究和改善影响重大，可以通过准确的成分分析并采取相应的改善措施来提高金属材料的性能。本文主要分析金属材料成分分析的方法，主要从传统分析方法和新方法两个方面来介绍，可以看到现在科学技术在分析方法中得到应用，不仅提高了金属材料成分分析的效率，而且从多个角度提高了金属材料成分分析的准确性。金属材料分析方法还是存在一些局限性，需要通过不断探索来改善，所以本文还分析了金属材料成分分析的发展趋势，可见发展方向从主要从准确性和效率两个方面展开，方法则是利用现代技术，不断将更新的科学技术手段应用到金属材料成分分析中去。

参考文献

[1]薛广鹏.浅析金属材料的分析方法[J].科技资讯，2012（25）：84.

[2]李大为.金属材料成分分析方法现状与趋势[J].工业设计，2012（03）：28.

[3]赵黎锋.各种金属材料成分分析方法现状与趋势[J].科技创新导报，2012（05）：143.

[4]陈文哲.材料现代分析方法与新材料技术的发展[J].理化检验，2002（11）：466-472.

金属材料材质分析篇2

关键词：金属晶体 溶入析出 力学性能 防腐性能

金属材料的热处理过程是金属材料微观相结构发生固态转变的过程，固态转变是金属材料合金成分在金属晶体晶胞内的溶解析出形成的。热处理过程中金属材料冷却转变温度不同，形成不同的微观相结构，金属材料的合金成分不同，热处理以后会有不同的微观显微组织。为了满足对金属材料各种性能的要求，对金属材料进行强韧化处理，加入合金成分进行固溶强化，冷变形回复再结晶细晶强化，塑性变形增加金属材料的位错强化。金属材料强韧化处理以后，可以应用在工程和机械方面，有工程结构钢、机械制造结构钢，应用在工具制造和耐热耐高温的高科技行业，有工具钢、高温合金钢。热处理的发展有整体热处理、表面热处理、化学热处理，我国先进的热处理设备和热处理技术为我国现代化建设作出了重要贡献。

1、金属材料的微观晶体结构

金属材料都是晶体结构，如果金属在液态急冷也会形成非晶态组织。晶体有单晶体和多晶体，单晶体是单一位向的晶体，多晶体是不同位向的晶体，晶体的不同位向我们称之为晶粒。

金属材料的晶体结构有体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格，各种晶格结构的晶体都有它的晶向指数和晶面指数。晶向指数的确定方法是建立坐标系，求坐标uvw，化整数uvw，加中括号，晶面指数的确定方法是建立坐标系，求截距、取倒数、化整数、加小括号。金属材料的微观显微组织由各个相组成，所谓相就是金属材料中结构相同、成分性能均一的组成部分。金属材料合金成分在金属晶体中固溶，金属材料晶体结构中存在空位、间隙原子，存在位错，还有晶界、相界以及表面。

2、金属材料合金成分的溶入析出理论

金属材料由金属晶体加入合金成分固溶在金属晶体的晶胞内，合金成分它们的原子以分子间力、金属键、共价键、离子键的结合力的形式固溶。金属材料合金成分的原子在金属晶体的晶胞内的固溶位置随温度而变化，温度升高原子逐渐固溶在金属晶体的晶胞心部，快速冷却时原子析出在金属晶体的晶胞表面，金属材料的晶格结构从体心立方晶格转变成面心立方晶格和密排六方晶格。金属材料合金成分的原子从晶胞心部向晶胞表面的析出过程是微观相结构的形成过程，在热处理冷却过程中不同的冷却转变温度析出具有不同形态的相组织。从加热状态快速冷却至室温的金属材料晶格结构之间的转变我们称之为金属材料的相变。

金属材料的热处理过程是金属材料加热、保温和快速冷却的过程，在热处理加热过程中，随着温度的升高，金属材料的合金成分在金属晶体晶胞内的溶入度不断增大，从加热保温状态以一定的冷却速度冷却，随着金属材料合金成分在金属晶体晶胞内的溶入度迅速减小，合金成分析出在金属晶体的晶胞表面，在室温下可以从电子显微镜观察到不同的微观相组织。

3、金属材料合金成分和力学性能

金属材料中的合金成分可以增加金属材料的强度。金属材料合金成分不同，原子之间的结合力不同，则金属材料的力学性能不同。纯金属只有一种金属原子，它们原子之间的结合力我们称之为分子间力。如果固溶的合金元素是金属元素，则固溶的合金元素之间形成金属键，如果固溶的合金元素是金属元素和非金属元素，则形成共价键，两个原子各提供一个价电子形成的共价键称为一般共价键，由一个原子单独提供价电子形成的共价键称为配位共价键。如果固溶的合金原子结合力强形成离子键，离子键是金属原子的核外电子进入非金属原子的核外电子轨道形成离子键化合物。

在热处理中，同样的冷却转变温度不同的金属材料有不同的微观析出形态，这和金属材料原子之间的结合力有关，原子之间的结合力不同原子析出速度不同，形成不同的微观相结构，材料因此具有不同的强度、硬度等力学性能。

4、金属材料原子的结合力和防腐蚀性

金属材料要具有很强的抗氧化和抗腐蚀的能力。空气、蒸汽、水属于弱腐蚀介质，酸、碱、盐属于化学侵蚀性介质。在金属材料中间隙固溶的合金原子之间存在结合力，如果金属晶体的原子和合金成分原子之间也存在结合力，则间隙固溶的合金成分的原子能量增加，间隙原子置换出金属晶体的原子，置换出的金属原子进入金属晶体的空位或表面，进入表面的金属晶体原子和弱腐蚀介质或者化学浸蚀性介质的原子结合形成化合物，金属材料就会被氧化腐蚀。

如何防止金属材料氧化腐蚀，就是要防止金属材料的金属晶体的原子被合金原子置换。金属材料的合金原子固溶后由于间隙固溶原子会造成晶格绮变，原子核对电子的束缚力很大，形成自由电子可能性很小，而间隙固溶的原子核外电子轨道的重叠很多，能形成稳定的化学键。如果合金材料中加入一种金属合金元素则金属原子之间以分子间力的形式形成稳定的固溶体。如果加入两种不同的金属合金元素则形成稳定的金属键固溶体，如果加入两种合金元素一种是金属一种是非金属，则形成稳定的共价键化合物或离子键化合物固溶体。如果是两种合金元素则原子数要相同，否则多余的合金原子容易和金属晶体的原子形成结合力，容易置换出金属晶体的原子，造成氧化腐蚀。我们可以用原子之间结合力的方式设计合金成获得

具有优良性能的金属材料。

5、金属材料微观相结构的相变理论

金属材料在热处理中同一个相变温度则形成单相组织，不同相变温度则形成多相组织。以铁碳合金的热处理微观显微组织分析，亚共析钢缓慢冷却得到铁素体和珠光体组织。铁素体是白色的块状组织，珠光体是黑色的片状组织。铁素体和珠光体的形成是金属材料加热、保温、冷却过程中，合金成分从金属晶体的晶胞内析出在金属晶体的晶胞表面，由于在加热的高温状态缓慢冷却因此金属材料的冷却转变温度高，原子的析出速度慢，析出的合金成分慢慢聚集形成珠光体片状组织，合金成分含量很少的晶胞形成白色的铁素体块状组织。

如果热处理过程中金属材料的冷却速度快，冷却转变温度低，原子的析出速度快。如果贝氏体冷却转变温度偏高则金属材料合金成分的原子在金属晶体的晶胞表面析出形成羽毛状的上贝氏体组织，如果贝氏体冷却转变温度偏低则形成针状或竹叶状的下贝氏体组织。

如果金属材料在冷却介质中快速冷却，原子的析出速度快，因此合金成分在很短的时间内快速析出在金属晶体的晶胞表面形成板条状马氏体组织。在板条状马氏体组织形成的同时，出现残余奥氏体组织，残余奥氏体组织是金属材料合金成分析出在金属晶体晶胞表面以后的组织。

6、结论

（1）金属材料的合金成分固溶在金属晶体的晶胞内，在热处理过程中随着温度的变化合金成分在金属晶体的晶胞内溶入析出，金属晶体的晶格结构从合金成分溶入金属晶体晶胞心部的体心立方晶格转变成合金成分析出在金属晶体晶胞表面的面心立方晶格和密排六方晶格。

（2）金属材料间隙固溶的金属或非金属原子由于原子核对电子轨道电子的束缚力大，电子轨道的重叠较多，如果合金成分的金属或非金属的原子配位数相同，则可以形成稳定的固溶体。如果可以避免金属晶体的原子被置换，有效防止金属材料的氧化腐蚀。

（3）微观显微组织的相结构是在热处理中合金成分的原子在金属晶体的晶胞表面析出形成的。不同的过冷转变温度析出具有不同形态的相结构。金属材料在热处理过程中金属晶体晶格结构的转变我们称之为相变。

金属材料材质分析篇3

关键词：铸造工艺；双金属复合材料；性能；影响

前言

文章中对不同的铸造结构和使用条件进行了分析，通过采取特殊的铸造工艺方法，能够使结晶界面和基体的温度、梯度以及厚度都是均等的，保证结合界面是均匀的，同时也能制备出无混料的双金属复合材料，对复合材料进行进一步的研究和分析，在经济效益和学术价值方面十分有利。

1 对双液双金属复合铸造的概述

双液双金属复合铸造是指在一定的浇注温度下，将两种液体的金属按照一定的顺序将其浇注到同一个铸型中，这样形成的复合材料具有很好的耐磨性，同时，也能克服两种金属存在的缺点，将两种金属的优点进行发挥，新形成的复合材料具有两种金属的特性。新型复合铸造零件能够适应各种恶劣的使用环境，在使用过程中寿命也将出现延长的情况。双液双金属在实际操作过程中比较难，在对耐用零件进行批量生产时难度系数更大。在应用过程中，可靠性条件非常差，对整个加工过程带来的影响将非常大。在铸造过程中，对界面的结合质量对复合材料的性能影响原因进行分析，能够对复合界面的关键因素进行保证。

2 对双金属复合材料的概述

采用复合技术将两种完全不同的金属接触面进行相互之间的固劳，并且结合在一起，通常情况下，两种金属的物理和化学性能都将是不同的，在这种情况下，出现的新型材料就是双金属复合材料。双金属复合材料具有非常好的性能，而且这些技能非常特殊，在工作环境比较恶劣的情况下，双金属复合材料的使用寿命也非常好。双金属复合材料成本非常低，在性能方面非常好，而且能够合理对资源进行开发利用。在很多的工业领域中，石油、汽车、航空对这种新型的材料应用比较广泛，因此，其市场前景非常好。

3 铸造工艺对双金属复合材料性能影响的实验

文章对铸造工艺对双金属复合材料的材质复合界面的组织以及耐磨性综合力学性能进行了试验和研究，在以后的经济发展和社会进步将有很大影响。

3.1 实验材料

在试验过程中，主要的试验材料有碳、硅、朦和铬，其中，碳是钢中的主要元素，是钢的基本组织成分。在试验中，将少量的碳固体溶合在铁素体中，这样能形成以渗碳体的形式存在。在实验过程中要对碳含量进行很好的控制，因为碳含量过高或者是过低都是会导致钢的质量受到很大影响。碳含量出现过低的情况，会导致钢的淬硬性以及耐磨性出现很差的情况，在碳含量过高的情况下，会导致钢的韧性出现降低的情况，因此，要对碳的含量进行很好的控制，能够更好的保证钢的刚度和硬度。硅在钢中的作用就是当贝氏体转变过程中，抑制碳化合物的析出，硅在钢中的形态主要是以固体的形式进行溶体，在铁素体中进行存在，这样利用硅的性能能够更好的增加钢的强度和硬度，降低钢的塑性。在铸造钢过程中，锰的作用是不可替代的，其主要的功能就是脱氧，对硫元素进行中和，避免出现有害作用，从而能对铸件出现的强烈缺陷进行防止。不仅如此，锰还能对钢中出现的温度以及分解速度进行降低。在使用过程中将锰和硅进行配合使用，能够对钢的强度进行提高，对硬度和韧度也有很好的促进作用。但是，在钢中，锰的含量一定要进行必要的控制，不能出现锰含量过高的情况，这样会导致钢晶粒出现粗化的情况，对钢的回火脆性以及敏感性都有很大的影响。

铬是一种活性比较大的耐磨材料元素，其能够固溶于铁素体中，同时也能和钢中的碳组合形成很多种碳化物，它的主要作用就是促使钢的淬透性得到提高，同时，对钢的抗氧化能力和抗腐蚀能力进行提高。铬在钢中的含量比较高也不用对其进行担心，这种元素不会对钢的性能产生很大的影响，但是，其会在钢中形成比较复杂的碳化物，这种物质能够从钢中进行析出，然后起到沉淀和强化的作用。

3.2 实验方法

3.2.1 具体方法

使用酸性坩埚熔炼实验钢，并采用65kg和150kg中频感应电炉，将浇注温度定为1550，湿砂型浇注后加工成10mm×10mm×55mm冲击韧性试样。主要对钢的材质复合界面组织、耐磨性、综合力学性能三方面进行分析和观察。其中，采用的器具主要有ZBC-300B全自动金属摆锤冲击实验机，负责冲击韧性测试；HRC-150A硬度计负责硬度测试；MLD-10动载荷磨料磨损试验机负责磨损试验。最后采用奥林巴斯GX71倒置式金相显微镜进行组织分析，从而得出结论。

3.2.2 铸造工艺

实验时采用两个浇注系统，分别浇入低碳钢和高碳钢，时间上要间隔15-80秒，而且需要注意的是浇入低碳钢后，当钢液已经趋近工艺要求的复合界面或已达到时，根据铸件的大小才可以浇入高碳钢。其中任选一组将激冷材料放置在两种材质的连接部位，从而保证结晶界面与基体间存在一定的温度梯度以及厚度，另一组则不需要添加激冷材料。

3.3 实验结果

3.3.1 对复合界面组织的影响

由于采用特殊的双液双金属复合铸造工艺，当低碳钢结晶后才进行高碳钢的浇筑，然后经过高温铁水的作用，致使低碳钢能够保存的很好，只是表面熔化很薄的一层，而且结合区复合界面的交界线处相互交错，产生了熔融和相互渗透的现象，这是从图片上清晰可见的，这就说明两种材质的中间结合面实现了有效的冶金结合，而且复合界面并没有发生冲混现象。

3.3.2 对耐磨性的影响

通过实验，我们可以总结出：将实验钢材料和高锰钢进行相同时间的磨损，发现前者的动载磨损失重量要明显小于后者。这是由于实验钢以挤出和浅层剥落为主，无论是组织上还是综合力学性能均高于高锰钢，具有较强的抵抗石英砂磨粒的切削的能力，这就减少了磨损过程中表面金属的剥落，呈现出较好的耐磨性能。

3.3.3 对力学性能的影响

此图片为等温淬火温度试样高碳钢冲击断口的SEM照片，从图片上我们可以看出断口的形状是扇形花样，而且还有大量的撕裂棱以及大大小小的圆形或椭圆形的深韧窝，这就说明该材质的韧性是十分好的。

4 结束语

铸造工艺对双金属材料的性能有很大影响，因此，在进行复合的时候要应用特殊的铸造工艺，这样不仅能够提高复合材料的组织界面结合状态，在耐磨性能和力学性能方面影响也非常好，这样能够提高生产工作的安全性。对双金属铸造的定义进行分析，增强对其的了解，应用现代的方法，通过试验对铸造工艺进行分析，这样对双金属复合材料以后的发展非常有利。

参考文献

[1]田德旺，应保胜.双金属复合材料冷轧变形行为及结合强度的研究[D].武汉：武汉科技大学，2007.3.

金属材料材质分析篇4

关键词：金属材料；防腐蚀；措施

Abstract： Because of the high mechanical strength and adapt to the needs of various working environment， metal materials are used in various fields of industry widely. But metal corrosion affects the normal use of the metal materials， the research on the corrosion protection of metal materials has practical significance. Based on this， from the perspective of knowledge of high school students， several types of metal corrosion and harm were analyzed， and some measures to prevent corrosion of metal materials were put forward.

Key words： Metal material； Anti-corrosion； Measures

TG174.4

一、金属材料腐蚀的危害性

金属材料在使用过程中会和暴露在空气中的物质发生化学反应，在表面形成一层致密的半导体膜，化学中称钝化膜。这种钝化膜在一定程度上能起到保护金属材料内层结构的作用，但其保护作用相对有限，当钝化膜被继续破坏后，周围的介质会和金属材料形成一个完整的电路，同时发生化学反应和电化学反应，加速金属材料的腐蚀速度。一旦金属材料发生腐蚀，会影响其机械强度、可塑性和韧性等，甚至会破坏金属材料的几何形状，导致金属零部件之间无法正常匹配工作，从而影响金属设备的使用年限，造成严重的资源浪费和经济损失。

二、金属材料腐蚀类型分析

金属材料腐蚀的种类较多，通常分为以下几种腐蚀类型：①小孔腐蚀，这类腐蚀会在金属表面形成坑道和点，进而破坏金属材料的内部结构，这种类型腐蚀产生的原因是介质中的活性阴离子和金属材料形成腐蚀电池，金属腐蚀沿着金属材料内部进行扩展；②缝隙腐蚀，在电解液中金属材料会成完整的电流回路，金属电极之间的溶液形成浓差电池，在局部发生金属腐蚀，该类型腐蚀常见于设备的连接处、缠绕处和垫圈等部位，从而影响设备的正常使用；③应力腐蚀，在金属焊接过程中，由于焊接工艺处理不当，会引发明显的残余应力，导致金属局部位置开裂，产生细小的裂缝，腐蚀介质沿着裂缝继续腐蚀金属材料内部；④晶间腐蚀，某些腐蚀介质会直接破坏金属材料晶粒结构，晶粒间的结合力大大下降，虽然金属材料的表面没有发生明显的异常，但其结构强度下降明显。

三、金属材料防腐蚀措施

1.电化学保护法

金属材料防腐蚀可采用电化学保护法，通过增加金属材料附加电极形成电池的两极结构，附加的电极和金属材料构成电池回路，在回路中施加直流电可对金属材料形成保护，这种方法适用于与水、土壤等接触的金属材料。再者是牺牲阳极法，使用还原性较强的金属和金属材料构成原电池，还原性金属发生氧化还原反应被逐渐消耗，而被保护的金属材料作为正极不会被腐蚀解析，可达到保护金属材料的目的。

2.金属材料改性处理和表面处理

在金属材料的制备过程中，在材料中添加一定量的合金元素，可有效改变金属材料的性质，增强金属材料的抗腐蚀性能。通过增加表面保护层对金属材料表面进行处理，可阻断金属材料和各种腐蚀介质直接发生化学反应，起到保护作用。在金属材料防腐蚀处理中，可进行表面磷化处理，把金属材料直接浸泡到磷化液中，通过电化学反应，金属材料表面形成一层致密难溶的化学转化膜，使金属表面具有较强的硬度、强度和弹性，能长时间抵抗介质的腐蚀。金属材料氧化处理也是常用的防腐蚀措施，通过高温加热在金属材料表面产生致密的氧化薄膜（称为发蓝处理），这种处理工艺在钢材防腐蚀中应用广泛，形成的四氧化三铁氧化膜具有较强耐氧化性和抗腐蚀性能，同时该方式不会对材料的精度产生直接影响，也适用于精密仪器的防腐蚀处理。非金属涂层处理是指在金属材料表面涂布一层抗腐蚀性能优良的塑料、陶瓷或油漆等物质，既增强金属材料的抗腐蚀性能，又能起到绝缘和美观的作用，常用于医疗用品和生活用品的抗腐蚀处理。另外，通过电镀、化学镀、喷镀的方式可在金属材料表层形成金属涂层，常采用铅、锡和锌等低熔点、抗氧化性能优良的金属作为涂层材料，也具备很好的抗腐蚀性能。

3.改善金属材料的使用环境

金属材料发生腐蚀的原因是其使用环境中存在腐蚀介质，因此可采用湿度控制和温度控制的方法，改善金属材料的使用环境，有效控制腐蚀介质的浓度，减缓金属材料发生表面和结构腐蚀的速率。再者，要加强对金属材料的养护，定期检测金属材料的腐蚀程度，针对出现的腐蚀点和腐蚀裂缝进行修补，避免腐蚀介质继续腐蚀金属材料内部结构，在工程中常采用除锈涂油漆的方式来避免暴露在介质环境中的金属材料继续腐蚀。

四、结语

金属材料是经济发展的支撑，在各个领域中发挥着重要作用。在应用金属材料时往往会面临着防腐蚀的难题，金属材料暴露在腐蚀介质环境中，会发生小孔腐蚀、裂缝腐蚀和应力腐蚀等多种结构性破坏，从而对金属材料的使用功能产生严重的影响。因此，要采用电化学保护法、材料改性、表面处理和改善使用环境等防腐蚀措施来增强金属材料的性能，优化金属材料的环境适应力，增加金属器件的使用寿命。

参考文献：

金属材料材质分析篇5

关键字：管材检验；要点分析；承压参数；检验项目；力学性能

随着我国科学技术的发展，各种新型管材不断出现，给我国管道建设事业带来了新的发展方向。但是，新材料的质量以及使用效果到底是否适合现在的施工要求，这还需要进行进一步的检验。管材检验是保证管材生产质量的关键性手段，对于合理选择管材、质量改进、工艺完善、工程设计有着重要的意义。管材检验的目的在于保证管材的质量，检验的内容主要包括力学性能检验、化学成分分析、承压参数等。检验人员必须要严格按照相关的检验要求对管材进行检验，要自主创新检验办法，提高检验技术和水平，提高质量检验的准确性，缩短检验工作的时间，保证管材检验工作的效率。目前我国工程建设中主要使用的管材类型有金属管材和塑料管材，针对不同的管材，其检验标准也不同。本文首先对金属管材的检验进行了阐述，然后再对塑料管材的检验进行了阐述，期望通过本文的分析，能够帮助读者对我国管材检验工作有更加深刻的认识。

一、管材的检验项目以及使用条件

针对不同的管材品种，其检验项目也不一致，每种管材都必须要按照规定的检验项目进行检验。同时，不同的管材，其要求的使用条件也存在着不同。因此在实际的应用过程中，必须根据具体情况，选择合适的管材。表1是针对常用的10种金属管材，列举了其需要检验的项目。

二、金属管材的检验

针对金属管材来说，检验方法有很多。不同的检验方法以及检验标准，用于同一检验项目时，其对应的技术指标都有着差异。比如金相组织分析、化学成分分析、热处理检验、力学性能检验等，不同检验项目都有其对应的评定标准。这些标准都是强制性的，不达标便可认定为不合格。检验工作的标准化建设是重要的执行策略，不论是检验方法、工艺规程，还是检验操作，其标准化建设，对于管材检验质量的提升都有着重要的作用。下文对几种常见的检验标准进行阐述：

（一）力学性能检验

力学性能，顾名思义，就是给金属管材的样件施加外力，然后根据所得数据，对管材样件的能力进行分析。其中，拉伸试验是常用到的检验方法，所有金属管材都需要进行拉伸试验来检验其质量。目前，在金属管材检验中，常以拉伸性能来评定管材的质量。

1.钢质管材的拉伸试验

钢质管材的拉伸试验主要是检验钢的塑性以及强度。强度是指抵抗断裂以及变形的能力，塑性是指能够承受变形而不破坏完整性的能力。根据标准的要求，如果钢质管材具有一定的强度，那么就必须同时要具备较好的塑性，只有这样才能够防止钢质管材过硬或是太脆。尤其是对于需要进行变形加工的钢质管材，必须要具备极高的塑性。在进行力学性能检验的过程中，必须要重视对其强度以及塑性的检验，一旦发现不符合要求的情况，就不得使用，否则便会缩短管材的寿命。

2.硬度

硬度是衡量金属管材软硬程度的指标，对于抵抗局部塑性变形有着极其重要的作用。

3.冲击试验

冲击试验是测定管材冲击吸收功的主要手段。冲击吸收功是指管材试样在承受一次冲击并断裂的情况下所吸收的功。管材的冲击吸收功越大，证明其抵抗冲击的能力就越强，反之就越容易折断。一般来说，根据冲击试验的温度而言，冲击吸收功可分为常温冲击吸收功、高温冲击吸收功、低温冲击吸收功。

（二）化学成分分析

化学成分分析的目的是为了测定钢质管材化学元素的含量。要确定管材的化学元素含量是否符合国家的要求，只有这个试验才能达到目的。例如碳钢管材，其主要的化学元素有C、S、Mn、Si、P五种；合金钢管不仅具有C、S、Mn、Si、P五种化学元素，还有Cr、Ti、Ni。

三、塑料管材的检验

随着科学技术的发展，塑料管材在我国的应用范围越来越广。相比于金属管材而言，塑料管材的优点极为突出，首先，塑料管的安装方便快捷，而且经济适用，对环境造成的污染极小。其次，塑料管材的重量轻，某些塑料管材的重量只有铁管的1/8，而且塑料管材不会被锈蚀，安全卫生。第三，塑料管材的保温性能较好，使用寿命极长。第四，不论使用多久时间，塑料管材的内壁都会光滑如初，流阻小，不会如铁质管材那般因为锈蚀，导致内壁出现垢结，流阻增加，水流速度变慢。这些优点使得塑料管材在建材市场上得到了迅速的推广和使用，目前常用的塑料管材有PVC-U管、铝塑复合压力管（PAP）、PP-R管、双壁波纹管等。当然，塑料管材的质量检验工作也是必不可少的，除了要对塑料管材进行力学性能检

验、化学元素分析以外，还要对其进行尺寸测量、坠落试验、扁平试验、烘箱试验、熔体流动速率试验、二氯甲烷浸渍试验、弯曲试验、氧指数检验、密度检测、纵向回缩率检测、承压参数检测等等。

（一）抗冲击性能检验

抗冲击性能检验是塑料管材的重要检验项目，经过对GB/F5836.1-92管材进行落锤冲击试验后得知，一次性便可通过冲击试验的管材不足50%，甚至有些管材仅经过十次冲击之后就会完全破裂。由此可见，我国塑料管材的抗冲击性能相对较差。在今后的塑料管材检验中，必须要重视对这方面的控制，逐渐提高我国塑料管材的抗冲击性能。

（二）承压参数检验

承压参数检验也是塑料管材检验工作中的一项重要指标。根据管材公称直径、检验温度的不同，对管材承压能力的要求也不同。不同管材，其承压参数检验的执行标准有着较大的差异。本文对PP管、PE-X管、PB管、PVC-U管以及铝塑复合管等常用的塑料管材进行承压参数的描述（如表2）所示。

四、结束语

总而言之，管材质量的高低直接影响着工程建设的质量，如果管材质量出问题，就证明质检部没有尽到相应的责任，对于这种情况必须要进行严格的处理。为了保证我国工程建设的质量，我国必须要高度重视管材检验工作。

参考文献：

[1] 王映，乌云.大型装置搬迁工程中旧管材再利用鉴定检验技术研究[J].商品与质量：学术观察，2012，（2）：300-300，316.

[2] 方旭东，韩德培，李阳等.热处理对GH625合金热挤压管材组织及力学性能的影响[J].热加工工艺，2013，42（8）：204-206，210.

[3] 钱世钢，尤刚.奥氏体不锈钢（1Cr18Ni9Ti）管材在含有氯离子介质中腐蚀的原因分析[J].贵州化工，2012，37（1）：25-26，29.

金属材料材质分析篇6

关键词：金属力学性能；有限元；应力应变

1 引言

在金属材料力学性能检测的过程中，影响最终检测结果准确性的因素有很多，这其中包括：测试人员素质、测试方法、试样状态、环境条件等。当前对金属力学性能检测技术的改进集中体现在对实验设备的改进以及测试方法的科学化和标准化方面，对于试样在试验过程中的应力应变状态分析的研究只能局限于样品在测试结束后的数据分析，但金属构件大多具有比较复杂的形状和大小不同的尺寸，且其服役条件往往也是极端复杂的，通过力学试验测定的结果作为判据，并不能确切的表征金属材料在实际工作条件下的强度行为，因而不能对金属的使用性能做出确切可靠的评价。

利用有限元分析软件对金属材料的力学性能试验进行模拟分析，能够直观对金属材料在整个试验过程中的应力应变状态进行分析，不仅能有效的预测金属材料的应力应变的变化，为金属构件在服役条件的失效分析、确定金属构件的合理设计、制造、安全使用和维护提供参考，还能对改进金属材料测试方法，提高测试精度提供一些新思路，同时也为选材和质量控制提供一些技术依据。

有限元是在连续体上进行近似计算的一种数值方法，它经过了40多年的发展已经形成了一套相当完善的理论体系，是现今应用最为广泛的数值计算方法。可以解决如工程的结构分析、电磁学和热力学等方面的问题。近年来我国对材料力学的有限元分析进行了大量的研究，但对于金属只进行了一些较为常见的材料在特定力学条件下的有限元分析，提出了一些材料力学性能指标和应力应变的关系。

2 ANSYS有限元模拟与试验室力学性能检测耦合

有限元分析就是将复杂的连续物理对象划分成一个个离散的子域，利用子域建立的近似的函数进行描述；推导求解处理所有子域误差以此来建立整体的分析方程，再通过计算机的数值计算处理功能，就可以利用数值求解方法解决任意复杂的问题[1]。

金属材料常规力学性能试验项目主要分为拉伸、硬度、冲击、工艺性能和疲劳试验五方面。现行力学性能检测绝大多数是借助几何形状非常简单的标准试样装卡在普通的力学试验机上，在简单的应力状态下进行力学检测。利用ANSYS有限元模拟力学检测试验，可以使整个试验过程能够直观的表现，并能建立力学检测数据与模拟参数关联的数据库，为模拟金属材料改变自身形状，改变服役条件后进行力学性能模拟分析奠定基础。

2.1 模拟拉伸试验

以模拟拉伸试验为例，国内拉伸试验方法标准为《GB/T 228.1-2010 金属材料 室温拉伸试验方法》，主要测定的检测项目为：抗拉强度、屈服强度、伸长率、断面收缩率以及n值、r值等。拉伸试样在拉伸的过程中一般要经历弹性、屈服、强化、颈缩四个阶段，试验数据是通过测量作用于试样的载荷F和试样原始标距部分的伸长L计算得出应力-应变图，从而得出相应的试验数据。

ANSYS模拟金属拉伸试验主要分为：建模、设置物理参数、设置加载条件和求解等几大部分。根据拉伸试验的特点，模型可以简化成不考虑夹持部分，将一端圆弧末端固定，而在另一端圆弧末端施加位移载荷，这样既可以缩短计算时间、减少存储空间，同时也可以满足计算精度的要求，如图1。因为金属材料大都是各向同性的，只需要输入DENS（密度）、EX（弹性模量）和NUXY（泊松比）定义即可。加载条件的设置主要以测试材料实测的应力应变关系进行设置。

2.2 模拟数据库的建立

DENS（密度）、EX（弹性模量）和NUXY（泊松比）是表示材料自身特性的参数，其大小与材料本身的状态，例如元素含量，热处理状态等相关，与使用环境，受力状态无关。模拟拉伸试验的意义在于通过对实际检测结果的耦合，推出不同材料自身的模拟参数（DENS、EX和NUXY），此时这些模拟参数与实际材料的固有参数无关，是使模拟结果与实际检测相耦合的条件，并建立相互关联的数据库，流程如图2。

图2 关联数据库建立的流程图

3 金属构件的应用模拟

近年来，在金属力学性能测试领域中注意力更集中于“服役机件”而不是普通试样，模拟机件寿命试验有逐步发展成为一门独立学科的趋势。如英国北海油田开发用金属材料及加拿大天然气管道构件，广泛采用模拟试验来研究金属材料的在特定条件下的使用性能，航空涡轮发动机的地面模拟试验在世界各国广泛采用[2]。但这些金属构件的全尺寸模拟试验缺乏普遍性且实施比较困难（费用昂贵和技术复杂），更多地用于各种关键性构件的模拟测试中。

追踪了解金属材料的后加工形状和使用状态，通过计算机利用ANSYS建立相关模型，利用已有数据库中的模拟参数，对金属构件进行模拟分析，流程如图3所示，探求普通力学性能测试方法所得到的金属力学性能判据与金属制件在真实服役条件下所显示的强度行为之间相互关联的各种规律性。不仅实施简单，节约大量的人力物力，更重要的是可以普遍应用于各种金属构件，同时也为现实模拟服役条件下金属构件的力学性能提供更直接有效的指导。

图3 利用关联数据库模拟真实服役条件下力学性能的流程图

4 结束语

利用计算机模拟金属材料力学性能检测试验，能够直观对金属材料在整个试验过程中的应力应变状态进行分析，对未来建立金属材料检测数据库提供视觉素材。

通过有限元分析的模拟分析，使具有比较复杂的形状和大小不同的尺寸金属构件在真实服役条件下得到表征。不仅能有效的预测金属材料在实际使用过程中应力应变的变化，为金属构件在服役条件下的失效分析、确定金属构件的合理设计、制造、安全使用和维护提供参考，还能对改进金属材料测试方法，提高测试精度提供一些新思路，同时也为现实模拟金属构件的力学性能提供更直接有效的指导。

参考文献

金属材料材质分析篇7

关键词 金属切削加工；切削力；切削液；刀具材料

中图分类号TG7 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）91-0078-02

0引言

通过生产实践经验的积累，我们认识到在金属切削加工中某些因素是可以控制和影响材料的表面质量。这些因素主要包括：切削力、切削液及刀具材料。在金属切削加工过程中，如果对这些因素进行合理的选择以及对金属切削过程进行正确的控制，我们便能高效率地得到优质的产品，而且得到更好的收益。

1切削力对金属切削加工的影响

切削力在金属切削加工过程中，对切削热、刀具磨损和已加工表面质量等有直接影响，对控制表面质量有着巨大的作用。因此，切削力的研究，对于生产实际效率及控制表面质量都有重要意义。

切削力的产生来自两个因素，第一因素是金属材料的弹塑性变形；第二因素是刀具与金属表面、切屑的相互摩擦力。因此，工件材料、刀具几何角度等对切削力有重要影响。

1.1工件材料对切削力的影响

切削力是由材料的剪切屈服强度、塑性变形等因素来影响的。材料的剪切屈服强度与切削力成正相关关系，即材料的剪切屈服强度越高，切削力越大。切削力还受材料塑性、韧性的影响，材料塑性、韧性越好，切削力越大。

1.2刀具几何角度对切削力的影响

从刀具几何角度分析，切削力主要受前角、主偏角、刃倾角变化的影响。当前角减小时，切削变形增大，切削力加强。但是还需注意，前角对切削力的影响与材料有关。切削力的作用方向主要受主偏角影响，与此同时，主偏角对主切削力、进给力及背向力都有一定影响。刃倾角对主切削力影响不大，但在一定范围内增大刃倾角使进给力增加、背向力减小。

2切削液对金属切削加工的影响

2.1 切削液的作用

在金属切削加工过程中，切削液对切削加工有重要作用。主要分为四点：第一，冷却作用。切削液常以液体形式存在于切削区，它不仅能够降低切削温度，起到冷却作用，还能够减小工件与刀具的热变形。第二，作用。切削液在工件与刀具、切屑之间形成一层油膜，减少它们之间的摩擦，起到作用。第三，排屑与清洗作用。生产加工时，切削液处于流动状态，可将切削区域及机床上的细碎切屑冲走。第四，防锈作用。将防锈剂加入到切削液中，使金属表面形成一层保护膜，可防止工件及刀具出现生锈现象。

2.2切削液的种类

切削液主要分为三类。第一类，非水溶性切削液，主要对工件、刀具等有作用。第二类，水溶性切削液，主要用于工件、刀具等的冷却和清洗。第三类，表面活性剂，这种物质既溶于水也溶于油，而且将水和油连接在一起，故其有乳化作用。

2.3切削液的选择

切削液的选择常根据工件材料、加工方法以及刀具材料等具体情况而选择。1）根据工件材料选择。切削加工塑性材料时需用切削液，脆性材料则不需要；2）根据加工方法选择。如果对材料进行磨削加工，选择具有冷却、清洗排泄及防锈功能的切削液。如果对材料进行半封闭或封闭加工，可以考虑极压切削油和极压乳化液。

3刀具材料对金属切削加工的影响

刀具的使用寿命及切削效率主要由刀具材料决定。刀具材料的先进与优越，不仅会使加工质量增强，切削效率增加，还会延长刀具的使用寿命，从而进一步降低生产成本。因此，刀具材料的发展与创新，会使切削速率不断增大，金属切削生产率显著提高，使得生产者利用固定的设备在同等时间内获得更大的收益。

3.1 刀具材料的性能

通过考虑金属切削加工中的实际因素，刀具材料应具有高硬度、高强度、以及良好的耐磨性、耐热性和导热性。硬度高的刀具材料才能完成切削加工任务，足够的强度才能保证切削加工不会产生危险，良好的耐热性才能保证在高温环境下进行加工工作。只有这样，才能保证加工安全、高效率的运行。

3.2刀具材料的种类

刀具材料的种类一般是按照材料的物理化学性能区分。在实际生产中，高速钢、硬质合金是使用最为广泛的。耐热性较差的碳素、合金工具钢因其抗弯强度较高，主要用于中、低速切割。高速钢按用途又可分类，通常分为两类：第一类，通用型高速钢；第二类，高性能高速钢。良好的工艺性是通用型高速钢的显著特色，而高性能高速钢是在通用型高速钢的基础上加入微量元素，故高性能高速钢的耐磨性、耐热性显著提高。陶瓷材料的主要成分是氧化铝，是经压制成型后烧结而成。其具备稳定的化学性能，故适用于较高的切削速度。金刚石是目前最硬的刀具材料，不仅能够完成有色金属的加工，而且善用于非金属材料的高速精加工。立方氮化硼，一种硬度和耐磨性仅次于金刚石的刀具材料。适用于冷硬铸铁和一些难加工材料的加工。

4 金属切削加工中控制表面质量的方法

4.1合理选择刀具材料

刀具材料的选择一般根据加工材料和具体的加工情况而定。在金属切削加工过程中，对有色金属及非金属材料进行高速精加工时，一般采用金刚刀。利用的是金刚刀硬度高，耐磨性好，摩擦系数小的性能。对碳钢、合金钢进行高速精加工时，可以采用涂层硬质合金、或者立方氮化硼刀具材料，利用的是硬度高，耐磨性好，特别是其化学稳定性好的性能。

4.2合理选择切削液

为了减少切屑、刀具与工件间的摩擦，可通过选择合理的切削液来实现。切削液的科学应用，可避免粘结现象，改善已加工表面质量。但是其使用效果，还需综合考虑与刀具材料、工件材料、加工方法等因素。

5结论

综合上述分析，在进行金属切削加工过程中，我们要顺利完成工作，必须做到刀具的受力分析，切削液的合理选择，以及刀具材料的科学应用。只有认真负责的完成这些，我们才能有效的控制工件的表面质量，在此要求下，高效率地得到优质的产品，而且得到更好的效益。

参考文献

[1]高国红，孙玉刚.提高数控加工中心切削效率的途径[J.才智，2011（21）.

金属材料材质分析篇8

关键词：对流过热器；金属材料状态；监督运行

中图分类号：C35文献标识码： A

Abstract: This article through uses, the material material quality analysis, the metallographic examination, mechanics performance experimental technique macroscopic, carries on the experimental analysis to the Dou River Power plant #6 stove convection superheater pipe ore sampler, unifies the boiler scene actual movement condition, after elaborated the #6 stove convection superheater moves for 200,000 hours the tubing actual condition, through to tests the result the analysis, judges this length of pipe tubing under the normal operation operating mode, may continue to supervise the movement.

Key word: Counter-flow superheater; Metal materials behavior; Surveillance movement

1 前言

任何设备或部件都具有一定的功能。衡量设备或部件的优劣是看它能否很好地实现规定的功能。设备或部件丧失其规定功能的现象称为失效。失效分析是分析设备或部件失效的原因，并提出对策，以防止失效再次发生的技术活动和管理活动。

在火力发电厂机组服役期间，金属部件由于失效造成的损失是惊人的，而导致金属失效的原因是多方面的。因此通过金属技术监督、实验的方法，对使用中的材料特性及失效分析到位，对受监督的部件进行检测与诊断，及时了解并掌握金属部件的质量状况，准确地找出失效的原因，防止机组在设计、制造、安装中出现的与金属材料相关的问题，以及运行中材料老化、性能下降等因素而引起的各类事故，从而减少非计划停运次数和时间，提高设备安全运行的可靠性，延长设备的使用寿命。因此，金属材料失效分析是火力发电厂一项重要的工作，对电厂安全生产和新技术的产生和发展起着重要作用。

陡河发电厂#6锅炉，HG-670/140-9型，过热蒸汽压力140Kg/CM2，过热蒸汽温度540℃，1984年12月24日投入运行。本次实验取样管材为对流过热器管（冷段），取样管位置为对流过热器（冷段）左数第26排，前数第一根距下弯一米处；运行温度525℃，规格Ф42×5，材质12Cr1MoVG。该管段自机组投产以来未进行过更换，累计运行时间约21万小时，在整个运行过程中，未发现因金属材料不良引起的重大事故。由于运行时间已经超过20万小时，为了确实了解与掌握该种管材（12Cr1MoVG钢）经过长时间运行后组织、性能变化情况，通过对取样管进行宏观检查、材质分析、金相组织、力学性能试验，判断该管材金属材料的组织与性能是否仍然满足使用要求，为能否继续服役，恰当掌握换管时机以防止管材失效以及旧材料的合理使用提供依据，对保证机组安全、经济运行具有十分重要指导意义。

2 试验项目

2.1 外观检查

（1）管壁外表面氧化皮颜色呈棕褐色，未发现因管壁超温发生的氧化皮颜色变化，正常。

（2）氧化皮厚度，向火侧0.2mm，背火侧0.15mm。

（3）管壁外表面用放大镜（10x）检查，未发现表面裂纹。

2.2 蠕胀测量

取样管材规格Ф42×5，使用游标卡尺对取样管进行测量，实测直径为Ф41.9mm、壁厚5.0mm。

2.3 材质分析

取样管设计材质为12Cr1MoVG钢。经光谱材质分析确定，管材为12Cr1MoV钢。

2.4 金相组织（1）向火侧金相组织：铁素体+极少量的珠光体+沿晶分布的碳化物，珠光体球化等级3-4级；晶粒度等级：6-7级，见图1；

图1 向火侧金相组织500×

（2）背火侧金相组织：铁素体+珠光体，珠光体球化等级为2级；晶粒度等级评定：6-7级，见图2。

图2 背火侧金相组织500×

2.5 机械性能试验

对取样的管件试样背火侧及向火侧各取两个标准试样（纵向），进行机械性能试验，结果如表1 所示。

表1 机械性能试验结果

序号 试样位置 抗拉强度(Mpa) 延伸率(δ)% 备注

标准要求（GB5310-2008） 试验数据 结果 标准要求（GB5310-2008） 试验数据 结果

1 #1（向火测） 470-640 570 合格 ≥21 30 合格

2 #2（向火测） 470-640 580 合格 ≥21 30 合格

3 #1（背火测） 470-640 620 合格 ≥21 33 合格

4 #2（背火测） 470-640 605 合格 ≥21 33 合格

3 检验结果分析

3.1 从外观检查及查询运行记录得知，该管段在运行期间未发生管壁超温情况，根据中华人民共和国电力行业标准DL/T438-2009《火力发电厂金属技术监督规程》9.3.12要求，当管子外表面有宏观裂纹和明显鼓包、高温过热器管和再热器管外表面氧化皮厚度超过0.6mm时；当低合金钢管外径蠕变大于公称直径的2.5%时，必须进行更换。宏观检查发现，表面氧化皮厚度未超标，未发现表面裂纹，未发现管径胀粗现象，符合规程规定的使用要求。

3.2 材质分析

锅炉受热面管设计使用的材料，是根据金属材料的特性、使用工况及经济性等多方面因素而确定。金属材料都有相应的使用温度范围，在这一温度范围内，这些钢材可以按其设计使用寿命安全运行。在安装、检修等环节中若选用了不符合设计要求的或以不合适钢材代用，将导致使用温度超出该钢材的允许工作温度，造成管子蠕变速度过快，发生爆管。为确定金属材料使用是否合理，必须进行材质分析鉴定。取样管设计材质为12Cr1MoVG。经光谱分析确定，管材为12Cr1MoV钢，材质符合设计要求。

3.3从金相显微组织观察，未发现晶间裂纹，未发现蠕变孔洞。显微组织变化表明，该管段12Cr1MoVG钢组织珠光体中碳化物已经产生球化现象，并且向火侧珠光体球化程度比背火侧材质珠光体球化程度严重。

12Cr1MoVG属于珠光体型耐热钢。珠光体的球化和碳化物的聚居，是所有珠光体耐热钢最常见的组织变化，珠光体的球化是指钢中原来的珠光体中的片壮渗碳体在高温长期应力作用下，随时间的延长逐步改变自己的形状和尺寸而成为球状的现象。球化后的碳化物继续增大自己的尺寸，使小直径的球变成大直径的球，这就是碳化物的集聚。珠光体的球化的结果使材料的常温强度及高温强度显著降低，包括材料的屈服点、抗拉强度、冲击韧性、蠕变极限和持久极限各指标全面下降，塑性、韧性变差，材质老化。

向火侧金相组织：大部分碳化物已经分布在铁素体晶界上，仅有极少量的珠光体（贝氏体）区域的痕迹，球化等级3-4级。

背火侧金相组织：聚集形态的珠光体（贝氏体）区域已开始分散，组织仍然较为致密，珠光体（贝氏体）保持原有的区域形态，球化等级2-3级。

该管段珠光体已经产生球化现象、向火侧较背火侧材质珠光体球化程度严重；根据中华人民共和国电力行业标准DL/T438-2009《火力发电厂金属技术监督规程》9.3.12要求，金相组织检验发现晶间裂纹、珠光体球化达到5级时必须进行更换，但取样管金相组织状态未超出标准要求。

3.4 机械性能试验数据表明，向火侧材质老化程度比背火侧材质老化程度严重；向火测性能试验数据（抗拉强度(Mpa)570-580）低于背火侧（抗拉强度(Mpa)605-620），产生这种情况的原因在于在室温时，钢的组织性能是稳定的，但锅炉受热面管都是长期在高温及应力条件下运行，由于原子扩散过程的加剧，钢的组织将逐渐发生变化，从而引起钢的性能发生变化。特别是对钢的高温强度和塑性产生不利的影响，金属材料的强度随着温度的提高而呈现下降的趋势。锅炉受热面管有向火面和背火面之分，向火面壁温度比背火面壁温度高，因而向火面壁蠕变速度较大，金属强度也因温度高而低。

根据中华人民共和国电力行业标准DL/T438-2009《火力发电厂金属技术监督规程》9.3.12及GB5310-2008《高压锅炉用无缝钢管》要求，管材的拉伸性能低于相关标准要求时进行更换，试验数据表明取样管常温性能指标未超出标准要求，不需要立即更换。

4 结论

综合上述试验分析，参照相关标准、规程的要求，得到以下结论：虽然#6炉过热器管金相组织已发生明显珠光体球化现象，并且向火侧较背火侧球化更为严重；向火侧比背火侧材质老化程度严重，力学性能指标较低，但其各项性能指标仍满足标准规程规定的使用要求；根据实验结果与分析判断，该管段在正常运行工况下，可继续监督运行。

5 建议

（1）根据上面试验数据分析结果，该管材并没有达到更换条件，但由于#6炉对流过热器管（冷段）运行时间已经超过20万小时，建议加强监督检查，在今后每次检修中对过热器管取样进行管材使用寿命分析与评估，以达到预防管材失效之目的。

（2）加强锅炉运行操作管理，严格控制运行工况，杜绝超温、超压运行。

参考文献

[1]吴非文. 火力发电厂高温金属运行[M]. 北京：水利电力出版社，1979.

[2]胡光立，谢希文. 钢的热处理[M]. 西安：西北工业大学出版社，2010.

[3]DL/T 438-2009. 火力发电厂金属技术监督规程[S]．

[4]DL/T 939-2005. 火力发电厂锅炉受热面管监督检验技术标准[S]．

金属材料材质分析篇9

一、机械性能是使用的需要

金属及其合金之所以能够获得如此广泛的应用，归功于它们具有良好的使用性能和工艺性能。在使用性能中， 金属材料的机械性能（即力学性能）占有突出的地位。我们知道：汽车是用钢铁而不是用木头制造，是因为钢铁具有较高的强度；我们用硬质合金来做车刀，是因为具有较高的硬度．．．．．．。显而易见，是“使用”对金属材料的机械性能提出了要求，是“使用”决定了对金属材料的选择。

机械性能指标很多，有强度、硬度、塑性、弹性、抗疲劳性、抗蠕变等。这些性能指标是机械设计、材料选择的主要依据。其中强度、硬度、韧性具有代表性， 在材料的规格中均会标明。因此，必须充分理解各机械性能指标的含义，在工作中正确、合理地选择使用金属材料。

机械性能与金属材料的组织结构有着密切的关系。

二、组织结构对金属材料的机械性能影响很大

金属的组织结构很复杂。

我们知道，纯金属是晶体。不同的金属，其晶格类型和晶格常数均不相同，其性能就不同。而实际的金属又是一个多晶体组织、形状以及晶体的缺陷有关。细晶粒金属的强度比粗晶粒高，韧性也好。冷热加工后，金属材料组织结构发生很大变化，晶格歪扭，产生纤维组织， 从而对机械性能产生较大的影响。

工业上使用的结构材料绝大部分是合金。合金的组织比纯金属更加复杂。合金的性能除与合金的成分有关外，还与组成合金的“相”有密切相关。所谓“相”是指体系中化学成分一致，物理状态相同，与其它部分 有明显界面的部分。合金可以是单相组织，也可以是多相组织。单相合金，如固溶体，溶剂的晶格保持不变，而溶质的原子均匀地分布在溶剂的晶格里，溶质的原子，只不过影响了原子的排列，产生了歪扭，所以它的性能与纯金属相似。多相合金――机械混合物，是由二种以上的相混合而成的，如铁碳合金中的珠光体，是由铁素体和渗碳体二个相组成的。多相组织的姓名，取决于组成各相的性能，以及各自的数量、晶粒的粗细，也取决于第二相的分布（是在晶内还是在晶外）、形状（片状、粒状、网状等）、分散度（大小、是否均匀），这些只能用显微镜才能起很重要的作用。教学中应特别重视这些相结构和性质，以及它们形成各种组织的规律的分析。

钢铁材料是应用最广泛的材料，是教学的重要。铁碳合金是由铁素体和渗碳体组成的。铁碳合金的性能不仅与又硬又脆的渗碳体（第二相）的数量有关，而且与第二相渗碳体的形状、大小及分布有密切的关系。随着铁碳合金含渗碳体的增加、钢的强度、硬度增加，塑性、韧性降低。当含碳量超过0.77%后，出现网状的渗碳体，围绕在珠光体晶粒周围，减少了晶粒间的结合力，降低了刚的强度。又如，含碳0.77%的珠光体，渗碳体以片状存在，但细片状的（索氏体）就比粒状的性能好得多。

三、通过改变组织，可以改变材料的性能

组织结构决定性能。我们可采用适当的工艺，改变组织结构，从而改善零件的使用性能，挖掘金属材料的潜力，提高产品的内在质量。

我们可以通过冷塑变形的方法，使组织纤维化，使晶格发生歪扭，产生加工硬化，提高材料的强度和硬度。这是提高纯金属和单相组织强度、硬度的重要途径。例如钢器皿的加工，就经常采用这种工艺方法。

热处理是通过加热、保温、冷却的方法，改变金属材料的内部组织结构，从而改善材料的性能的一种工艺方法，热处理工艺使用非常广泛。尤其是钢（铁碳合金），由于铁具有同素异构现象，就使钢有了多种多样的热处理方法，通过热处理可以获得我们需要的机械性能。热处理种类繁多，有退火、正火、淬火、回火、化学热处理等。根据目的的不同，选择的热处理方法就不同，组织和性能的变化亦不相同。

1、可以均匀组织、细化晶粒、提高材料的机械性能。完全退火可以细化组织，均匀组织。扩散退火能使钢的成分均匀化，消除偏析。正火同样可以细化晶粒，提高强度和硬度。

2、可以改变第二相的形状。球化退火能把过共析钢中的网状渗碳体变为颗粒状，改善工件的切削加工性，减少钢在淬火中的变形开裂倾向。再结晶退火能消除冷加工后晶格的畸变，消除加工硬化，使材料恢复到原来的好的塑性，以便继续压力加工。

3、可以改变第二相的分布。通过淬火，将第二相留在晶体内，成为过饱和的固溶体――得到高硬度的马氏体。硬铝合金则通过“时效”析出第二项（强化项），以达硬化的目的。

4、通过淬火――回火工艺改变钢中第二相的形状、大小及分布，调整获得所需的机械性能。通过淬火――低温回火，得到“回火马氏体”组织，获得更高硬度、高耐磨性的性能；通过淬火――中温回火，得到铁索体与极细状的粒状渗碳体组成的回火托氏体，得到高强度、高弹性极限的性能；通过淬火――高温回火――“调质“，获得细小而均匀的粒状渗碳体组织――回火索氏体，与热处理前的钢相比，其硬度、塑性相关不多，但强度、韧性则大大提高。

金属材料材质分析篇10

使用性是保证零部件完成指定功能的必要条件，它是选材的最主要依据。使用性主要是指零件在使用状态下应具有的力学性、物理性和化学性。对于机械零件，最重要的使用性是力学性。对零部件力学性的要求，一般是在分析零部件的工作条件和失效形式的基础上提出来的。根据使用性选材的步骤如下。

1.分析零部件的工作条件，确定使用性

零部件的丁作条件是复杂的。工作条件分析包括受力状态（如拉、压、弯、扭、剪切等）、载荷性质、载荷大小及分布、工作温度（低温、室温、高温、变温）、环境介质（剂、酸、碱）、对零部件的特殊性要求（电、磁）等。在对工作条件进行全面分析的基础上确定零部件的使用性。

2.分析零部件的失效原因，确定主要使用性

对零部件使用性的要求往往是多项的。例如传动轴，要求其具有高的疲劳强度、韧性和轴颈的耐磨性，因此，需要通过对零部件失效原因的分析，找出导致失效的主导因素，准确确定出零部件所必需的主要使用性能。

二、材料的热加工工艺性能

工艺性能对大批量生产的零部件尤为重要，因为在大批量生产时，工艺周期的长短和加工费用的高低，常常是生产的关键。金属材料、高分子材料、陶瓷材料的工艺性能介绍概括如下。

1.金属材料的工艺性能

金属材料的工艺性能是指金属适应某种加工工艺的能力。金属材料的加工工艺复杂，要求的工艺性能较多，主要有机械加工性能、材料成形性能。机械加工性能是指材料接受切削或磨削加工的能力。一般用切削硬度、被加工表面的粗糙度、排除切屑的难易程度以及对刃具的磨损程度来衡量。硬度太高，刃具磨损严重，切削加工性下降；硬度太低，则不易断屑，切削加工性也差。铝及铝合金的机械加工性能较好，钢中以易切削钢的杌械加工性能最好，而奥氏体不锈钢及高碳高合金的高速钢的机械加工性能较差。

2.高分子材料的工艺性能

高分子材料的加工工艺比较简单，主要是成形加工，成形加工方法较多。高分子材料的切削加工性能尚好，但由于高分子材料的导热性差，在切削过程中易使工件温度急剧升高，使热塑性塑料变软：使热固性塑料烧焦。3.陶瓷材料的工艺性能陶瓷材料主要工艺也是成形加工。按零部件的形状、尺寸精度和性能要求的不同.可采用不同的成形加工方法（粉浆、热压、挤压、可塑）。陶瓷材料的切削加工性差，除了采用碳化硅或金刚石砂轮进行磨削加工外，几乎不能进行任何其他切削加工。

三、材料的热加工工艺

1.合金的流动性

液态金属本身流动的能力称为流动性。合金的流动性好，充型能力强，易于获得尺寸准确、外形完整和轮廓清晰的铸件；不易产生浇不到、冷隔等缺陷；金属液中的非金属夹渣和气泡易于上浮排出，不易产生夹渣和气孔；流动性好的合金能很好地补充铸件凝固产生的收缩，不易产生缩孔和缩松。

2.铸造方法

首先根据零件图样制成适当的模样，并用模样和配制好的型砂制成砂型，然后将熔化的金属注入型腔，待金属液凝固冷却后，从砂型中取出铸件，最后清除铸件的附着物，经过检验获得所需铸件，造型方法有手工造型和机器造型两类。

（1）手工造型，手工造型是全部用手工或手动工具完成的造型工序。手工造型操作灵活，适应范围广，大小铸件均可生产，可制作复杂的铸型，工艺装备简单，设备投资少，单件、小批量生产时成本低。但劳动强度大，对工人技术水平要求高，生产效率低，铸件质量不稳定。主要用于单件、小批生产和大型铸件的生产。

（2）机器造型，机器造型主要是利用机器代替人工完成填砂、紧实和起模等工作。砂箱放在紧砂机工作台上，工作台在压缩空气作用下上下振动，初步紧实型砂。然后工作台上升，与压头接触，将型砂压实。机械装置将砂箱顶起，使砂型与模样分离。漏模机构将砂箱及砂型托住，而使模样漏下与砂型分离。砂箱和模样一同翻转180°，然后使砂箱下降，砂型与模样分离。

四、结束语