干货丨带你详解金属材料的发展历程、性能及其失效分析
2018-04-19 浏览量：2377
材料是物质，是我们日常生活中，不可缺少的基本元素，无论是生产或生活，都与我们息息相关。
人类社会的发展历程,是以材料为主要标志的。历史上,材料被视为人类社会进化的里程碑。历史学家也把材料及其器具作为划分时代的标志:如石器时代、青铜器时代、铁器时代、高分子材料时代……
金属材料的发展历程
考古发掘证明我国在八千多年前已经制成实用的陶器,在六千多年前已经冶炼出黄铜,在四千多年前已有简单的青铜工具,在三千多年前已用陨铁制造兵器。历史证明，我们的祖先在二千五百多年前的春秋时期已会冶炼生铁,比欧洲要早一千八百多年以上。
18世纪,钢铁工业的发展,成为产业革命的重要内容和物质基础。
19世纪中叶,现代平炉和转炉镍管炼钢技术的出现,使人类真正进入了钢铁时代。与此同时,铜、铅、锌也大量得到应用,铝、镁、钛等金属相继问世并得到应用。
直到20世纪中叶,金属材料在材料工业中一直占有主导地位。
材料的分类
对材料的认识和利用的能力,决定着社会的形态和人类生活的质量。现今，人们按化学成分的不同将材料划分为金属材料,无机非金属材料和有机高分子材料三大类以及他们的复合材料。在机械、工程等工业领域中，采用的材料种类及品种繁多、涉及范围极其广泛。其分类如下：
金属材料性能
为更合理使用金属材料，充分发挥其作用，掌握各种金属材料制成的零、构件在正常工作情况下应具备的性能（使用性能）及其在冷热加工过程中材料应具备的性能（工艺性能）就显得尤为重要。
材料的使用性能包括物理性能（如比重、熔点、导电性、导热性、热膨胀性、磁性等）、化学性能（耐用腐蚀性、抗氧化性）、力学性能（机械性能）；材料的工艺性能指材料适应冷、热加工方法的能力。
1）机械性能（力学性能），机械性能是指金属材料在外力作用下所表现出来的特性。
强度：材料在外力（载荷）作用下，抵抗变形和断裂的能力。
屈服点（бs）：称屈服强度，指材料在拉抻过程中，材料所受应力达到某一临界值时，载荷不再增加变形却继续增加或产生0.2%L。时应力值，单位用牛顿/毫米2（N/mm2）表示。
抗拉强度（бb）也叫强度极限指材料在拉断前承受最大应力值。单位用牛顿/毫米2（N/mm2）表示。
延伸率（δ）：材料在拉伸断裂后，总伸长与原始标距长度的百分比。断面收缩率（Ψ）材料在拉伸断裂后、断面最大缩小面积与原断面积百分比。
硬度：指材料抵抗其它更硬物压力其表面的能力，常用硬度按其范围测定分布氏硬度（HBS、HBW）和洛氏硬度（HKA、HKB、HRC）
冲击韧性（Ak）：材料抵抗冲击载荷的能力，单位为焦耳/厘米2（J/cm2）.
2）化学性能，指金属材料与周围介质扫触时抵抗发生化学或电化学反应的性能。
耐腐蚀性：指金属材料抵抗各种介质侵蚀的能力。
抗氧化性：指金属材料在高温下，抵抗产生氧化皮能力。
3）工艺性能，指材料承受各种加工、处理的能力的那些性能。
铸造性能：指金属或合金是否适合铸造的一些工艺性能，主要包括流性能、充满铸模能力；收缩性、铸件凝固时体积收缩的能力；偏析指化学成分不均性。
焊接性能：指金属材料通过加热或加热和加压焊接方法，把两个或两个以上金属材料焊接到一起，接口处能满足使用目的的特性。
顶气段性能：指金属材料能承授予顶锻而不破裂的性能。
冷弯性能：指金属材料在常温下能承受弯曲而不破裂性能。弯曲程度一般用弯曲角度α（外角）或弯心直径d对材料厚度a的比值表示，a愈大或d/a愈小，则材料的冷弯性愈好。
冲压性能：金属材料承受冲压变形加工而不破裂的能力。在常温进行冲压叫冷冲压。检验方法用杯突试验进行检验。
锻造性能：金属材料在锻压加工中能承受塑性变形而不破裂的能力。
传统单一材料往往不能全面满足强度、韧性、重量和稳定性等方面的要求，为了使各种材料之间的优点互补，获得性能更加优越的材料，人们研制出各种新型复合材料。就是由两种或两种以上不同材料的组合材料，它的性能通常兼
有组成材料的各种优点，有着非常广阔的发展前景。
金属材料的未来发展
中国经过几十年的努力，钢铁工业已同过去的仅能生产100多个钢种、400多个品种的钢材发展到现在能生产1000多个钢种、4万多个品种的钢材，特别是国防工业和高精尖技术，包括原子弹、氢弹、导弹、核潜艇、通讯卫星、火箭等需要的关键金属材料。
未来，金属材料仍将在工业产业中占据重要位置。钢铁行业作为我国国民经济的支柱型产业，不论是在工业现代化进程中还是在现阶段的经济发展中的地位都是无可取代的。因此，企业要抓住时机改造升级，提升技术工艺，提升市场竞争力。
美信检测作为一家具有CNAS与CMA认可资质的商业实验室，专注于为客户提供金属材料及零部件失效分析的专业技术服务。通过失效分析，帮助客户找出产品的失效原因，提出有效改进措施以防止类似失效事故的重复发生，从而保证工程的安全运行。
常见失效模式
断裂： 韧性断裂、脆性断裂、疲劳断裂、应力腐蚀断裂、疲劳断裂、蠕变断裂、液态金属脆化、氢脆
腐蚀： 化学腐蚀、电化学腐蚀
磨损： 磨粒磨损、粘着磨损、疲劳磨损、微动磨损、变形磨损
其他： 功能性失效、物理性能降级等等
金属失效分析的意义
1. 减少和预防产品同类失效现象重复发生，减少经济损失，提高产品质量；
2. 为裁决事故责任，制定产品质量标准等提供可靠的科学技术依据。
失效分析常用手段
（1）断口分析：分析断裂源、断口特征形貌，并分析这些特征与失效过程的相互关系。
（2）金相组织分析：评估组织级别、工艺匹配程度、缺陷等级等等。
（3）成分分析： SEM/EDS；ICP-OES；XRF；火花直读光谱。
（4）痕迹分析：分析失效件与成型、使用、环境交互影响留下的细微痕迹。
（5）热学分析：评判材料在热环境使用的合理性。
（6）机械性能分析：评估力学强度、硬度、热性能等指标是否符合使用要求。
（7）微区分析：分析表面形貌及微区成分，为失效机理推断提供定性定量依据。
（8）极表面分析：对极表面腐蚀产物、微量异物进行定性定量分析。
（9）现场工艺及使用环境的考察验证。
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