干貨丨帶你詳解金屬材料的發展歷程、性能及其失效分析
2018-04-19 瀏覽量：2810
材料是物質，是我們日常生活中，不可缺少的基本元素，無論是生產或生活，都與我們息息相關。
人類社會的發展歷程,是以材料為主要標志的。歷史上,材料被視為人類社會進化的里程碑。歷史學家也把材料及其器具作為劃分時代的標志:如石器時代、青銅器時代、鐵器時代、高分子材料時代……
金屬材料的發展歷程
考古發掘證明我國在八千多年前已經制成實用的陶器,在六千多年前已經冶煉出黃銅,在四千多年前已有簡單的青銅工具,在三千多年前已用隕鐵制造兵器。歷史證明，我們的祖先在二千五百多年前的春秋時期已會冶煉生鐵,比歐洲要早一千八百多年以上。
18世紀,鋼鐵工業的發展,成為產業革命的重要內容和物質基礎。
19世紀中葉,現代平爐和轉爐鎳管煉鋼技術的出現,使人類真正進入了鋼鐵時代。與此同時,銅、鉛、鋅也大量得到應用,鋁、鎂、鈦等金屬相繼問世并得到應用。
直到20世紀中葉,金屬材料在材料工業中一直占有主導地位。
材料的分類
對材料的認識和利用的能力,決定著社會的形態和人類生活的質量。現今，人們按化學成分的不同將材料劃分為金屬材料,無機非金屬材料和有機高分子材料三大類以及他們的復合材料。在機械、工程等工業領域中，采用的材料種類及品種繁多、涉及范圍極其廣泛。其分類如下：
金屬材料性能
為更合理使用金屬材料，充分發揮其作用，掌握各種金屬材料制成的零、構件在正常工作情況下應具備的性能（使用性能）及其在冷熱加工過程中材料應具備的性能（工藝性能）就顯得尤為重要。
材料的使用性能包括物理性能（如比重、熔點、導電性、導熱性、熱膨脹性、磁性等）、化學性能（耐用腐蝕性、抗氧化性）、力學性能（機械性能）；材料的工藝性能指材料適應冷、熱加工方法的能力。
1）機械性能（力學性能），機械性能是指金屬材料在外力作用下所表現出來的特性。
強度：材料在外力（載荷）作用下，抵抗變形和斷裂的能力。
屈服點（бs）：稱屈服強度，指材料在拉抻過程中，材料所受應力達到某一臨界值時，載荷不再增加變形卻繼續增加或產生0.2%L。時應力值，單位用牛頓/毫米2（N/mm2）表示。
抗拉強度（бb）也叫強度極限指材料在拉斷前承受最大應力值。單位用牛頓/毫米2（N/mm2）表示。
延伸率（δ）：材料在拉伸斷裂后，總伸長與原始標距長度的百分比。斷面收縮率（Ψ）材料在拉伸斷裂后、斷面最大縮小面積與原斷面積百分比。
硬度：指材料抵抗其它更硬物壓力其表面的能力，常用硬度按其范圍測定分布氏硬度（HBS、HBW）和洛氏硬度（HKA、HKB、HRC）
沖擊韌性（Ak）：材料抵抗沖擊載荷的能力，單位為焦耳/厘米2（J/cm2）.
2）化學性能，指金屬材料與周圍介質掃觸時抵抗發生化學或電化學反應的性能。
耐腐蝕性：指金屬材料抵抗各種介質侵蝕的能力。
抗氧化性：指金屬材料在高溫下，抵抗產生氧化皮能力。
3）工藝性能，指材料承受各種加工、處理的能力的那些性能。
鑄造性能：指金屬或合金是否適合鑄造的一些工藝性能，主要包括流性能、充滿鑄模能力；收縮性、鑄件凝固時體積收縮的能力；偏析指化學成分不均性。
焊接性能：指金屬材料通過加熱或加熱和加壓焊接方法，把兩個或兩個以上金屬材料焊接到一起，接口處能滿足使用目的的特性。
頂氣段性能：指金屬材料能承授予頂鍛而不破裂的性能。
冷彎性能：指金屬材料在常溫下能承受彎曲而不破裂性能。彎曲程度一般用彎曲角度α（外角）或彎心直徑d對材料厚度a的比值表示，a愈大或d/a愈小，則材料的冷彎性愈好。
沖壓性能：金屬材料承受沖壓變形加工而不破裂的能力。在常溫進行沖壓叫冷沖壓。檢驗方法用杯突試驗進行檢驗。
鍛造性能：金屬材料在鍛壓加工中能承受塑性變形而不破裂的能力。
傳統單一材料往往不能全面滿足強度、韌性、重量和穩定性等方面的要求，為了使各種材料之間的優點互補，獲得性能更加優越的材料，人們研制出各種新型復合材料。就是由兩種或兩種以上不同材料的組合材料，它的性能通常兼
有組成材料的各種優點，有著非常廣闊的發展前景。
金屬材料的未來發展
中國經過幾十年的努力，鋼鐵工業已同過去的僅能生產100多個鋼種、400多個品種的鋼材發展到現在能生產1000多個鋼種、4萬多個品種的鋼材，特別是國防工業和高精尖技術，包括原子彈、氫彈、導彈、核潛艇、通訊衛星、火箭等需要的關鍵金屬材料。
未來，金屬材料仍將在工業產業中占據重要位置。鋼鐵行業作為我國國民經濟的支柱型產業，不論是在工業現代化進程中還是在現階段的經濟發展中的地位都是無可取代的。因此，企業要抓住時機改造升級，提升技術工藝，提升市場競爭力。
美信檢測作為一家具有CNAS與CMA認可資質的商業實驗室，專注于為客戶提供金屬材料及零部件失效分析的專業技術服務。通過失效分析，幫助客戶找出產品的失效原因，提出有效改進措施以防止類似失效事故的重復發生，從而保證工程的安全運行。
常見失效模式
斷裂： 韌性斷裂、脆性斷裂、疲勞斷裂、應力腐蝕斷裂、疲勞斷裂、蠕變斷裂、液態金屬脆化、氫脆
腐蝕： 化學腐蝕、電化學腐蝕
磨損： 磨粒磨損、粘著磨損、疲勞磨損、微動磨損、變形磨損
其他： 功能性失效、物理性能降級等等
金屬失效分析的意義
1. 減少和預防產品同類失效現象重復發生，減少經濟損失，提高產品質量；
2. 為裁決事故責任，制定產品質量標準等提供可靠的科學技術依據。
失效分析常用手段
（1）斷口分析：分析斷裂源、斷口特征形貌，并分析這些特征與失效過程的相互關系。
（2）金相組織分析：評估組織級別、工藝匹配程度、缺陷等級等等。
（3）成分分析： SEM/EDS；ICP-OES；XRF；火花直讀光譜。
（4）痕跡分析：分析失效件與成型、使用、環境交互影響留下的細微痕跡。
（5）熱學分析：評判材料在熱環境使用的合理性。
（6）機械性能分析：評估力學強度、硬度、熱性能等指標是否符合使用要求。
（7）微區分析：分析表面形貌及微區成分，為失效機理推斷提供定性定量依據。
（8）極表面分析：對極表面腐蝕產物、微量異物進行定性定量分析。
（9）現場工藝及使用環境的考察驗證。
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