金属材料成分分析范文

导语：如何才能写好一篇金属材料成分分析，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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1金属材料成分分析的重要性

通过对金属材料成分分析，在科学技术的应用下，了解其属性和特性，其重要意义表现在：（1）进一步探究了金属材料的性能成因。通过分析金属材料成分的性能成因，有助于了解到更多的材料成分规律。根据金属材料现状分析，其主要组成成分是：晶粒类型、形状、大小以及数量和分布状况。这五种金属材料显微组织中各种晶粒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以及各个晶体之间的组合方面存在差异，这就对金属材料的性能产生了巨大变化。（2）有助于金属材料加工方法的选择。通过对金属材料成分分析有助于金属材料加工方法的选择。根据金属材料的化学成分及其原子结构分布状况，在结合金属材料的理论知识最终确定合理的加工方法。这种加工方法的确定是根据金属材料的性能提供制造依据的。（3）金属材料成分分析技术有助于选择合理的热处理方法和设备。通常在加工制造业领域中，当金属材料加工完成之后，其自身的属性还可能存留，因此这就提出了需要热处理方法。通过采用热处理方法有助于改善金属材料的性能，还可以有效的消除加工中产生的组织缺陷。（4）提高金属材料的利用率。在对金属材料成分分析之后，能够更加经济、安全以及合理地利用金属材料的性能，提高其利用率。根据其组成成分以及各种属性，提高其使用性能。

2金属材料成分分析的传统方法介绍

在受到科技以及生产力水平的限制，对于金属材料成分分析方法也受到一定的影响，然而传统的成分分析方法主要有：（1）最常见的方法是分光光度法。该方法主要根据朗伯比尔定律，在分析过程中对被测物质在特定波长处的吸光度或者是发光度，根据物质本身特有的属性进行定性和定量分析的方法。该方法主要采用的检测仪器是紫外分光光度计、红外分光光度计等，根据分光光度计将不同波长的光连续照射到一定浓度的样品溶液中，最终观察得到与不同波长相应的吸收强度。（2）滴定分析法。滴定分析法也称为容量分析法。其化学原理是将已知准确浓度的标准溶液滴加到被测溶液中进行化学反应，最终根据测量标准溶液消耗的体积以及标准溶液的浓度来计算待测物质的成分。该方法操作简单，其实用性比较强。（3）原子光谱分析法。该方法主要分为原子发射光谱法和原子吸收光谱法两种类型。根据各种元素的原子或者是离子在热激发下。发射特征的电磁辐射，进行元素的定性和定量分析，该方法耗用的时间短，选择性好，但是准确度较低，具有一定的局限性。

3金属材料成分分析的发展趋势

随着新技术、新方法的应用，针对金属材料成分分析方法也在不断创新和改进，其新方法表现在：（1）电感耦合等离子体质谱法。在无机元素和同位素分析测试技术的发展中，采用接口技术将电感耦合等离子体的高温电子=离特性与质谱计的扫描技术相结合之下形成了一种具有灵敏度较高的分析技术。根据金属材料成分中的贵金属、稀有金属等进行检测。其高灵敏度以及谱线简单等特征，抬高了分析成本，因此使用具有一定的局限性和针对性。（2）激光诱导等离子体光谱法。采用激光诱导技术，其检测成本比较低、简单操作，并且能够同时对多种元素进行分析，具有高精度的优势。（3）电感耦合等离子体原子发射光谱法。其原理是利用金属元素受到激光形成了电子跃进，通过谱线上表现处一定的测量方法，该方法的灵敏度比较高，并且原子测量比较精确，具有一定的实用新。（4）石墨炉原子吸收法。该方法主要利用石墨材料制成管或者是其他的原子化器，在电流中加热原子化进行吸收和分析，最终将金属材料成分分析并检测。

4金属材料分析方法的创新和改进

在科学技术不断发展的过程中，针对更多的金属材料进行分析和检测，通过对其传统的方法进行研究，在科技不断创新的过程中，在新技术新方法的应用下，有助于将金属材料分析技术不断提高，为解决当前新型金属材料的分析提供了奠定基础，这些新方法和新技术在金属材料的成分、结构以及原子构成等方面进行研究，在原子合成以及电子分离以及原子分离等技术的应用下，为进一步解析金属材料成分提供了化解和分析。因此在当前形势下，要将金属材料朝着更高效、更精确的方向发展，在操作方面要简单，不断创新科技研究。

5结语

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[关键词]建筑工程；钢筋原材料；检测技术；

中图分类号：TU-4；G642 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）15-0214-01

近些年来，城市化建设不断发展，大大推动了建筑行业的发展，使建筑行业进入到了前所未有的发展中，城市中的各种高楼大厦、大型公用建筑设施以及新的城乡建筑住宅建设的飞速发展，使得钢筋混凝土结构成为当今社会应用最为广泛的一种建设结构形式。钢筋最为钢筋混凝土结构的重中之重，因此，钢筋原材料的质量决定了建筑物的质量。所以本文对建筑所使用的钢筋原材料检测技术进行了一定的研究，给建筑工程提供一些参考资料。

一、钢筋原材料送检取样

钢筋原材料作为建筑工程的基础物资，在施工使用之前一定要进行检测，确保钢筋原材料的质量符合标准。

（1）在取样人员进行取样之前，取样人员首先要对成品钢筋的表面进行检查，看是否出现腐蚀和破损，再检查钢筋的尺寸是否和设计方案上的数据一致，确定两者是合格的，方可进行取样检测；

（2）取样过程，在取样时要先确定产品，制定出相应的检测项目和检测规定，然后按照制定的取样方法进行取样，取出相应的数量进行试验检测。

（3）在检验中，一定要严格的对原材料样本进行检测，一旦发现其中有一样不符合标准，再接着从同一批原材料中抽取双倍的数量进行检测不合格的项目，如还有不合格的情况，则这批钢筋原材料不合格。

二、钢筋原材料的检测项目

为了保证建筑工程质量安全，我们一定要对建筑工程钢筋原材料的质量进行检测，确保其可以安全投入施工使用。因此必须保证钢筋各项指标满足设计要求及相关标准，否则就会在后期的工程建设中出现安全隐患，甚至会出现工程安全事故。下面我们就介绍一下钢筋检测时需要检测的项目：

（1）检测钢筋原材料的强度是否达标。建筑结构的承载能力主要是依靠钢筋的强度，这是决定承载力的重要因素，而主要的钢筋强度分为屈服强度和抗拉强度。一般情况下，钢筋强度高的建筑工程结构比较安全，所以在建筑钢筋工程施工时采用高强度钢筋低配筋率，但是钢筋强度适中可以，也不可太高。因为钢筋的弹性在限制着钢筋的强度，在高应力下往往会因为构架过大的变形和裂缝。

（2）检测钢筋原材料的延性。和钢筋的强度有着一样的重要性，延性是钢筋在使用过程中变形和耗能的能力。在根据以往的建筑事故记录表明，很多的建筑事故并不是因为钢筋的强度不足，而是因为钢筋的延性不够，没有达到使用的标准，发生脆断而引起的。钢筋的延性一般是通过自身的延长率来表示的，就是在检测时使用量测拉断钢筋断口域的相对变形来计算。

（3）检测钢筋原材料的弯曲性能。钢筋在力学方面的稳定性非常的重要。钢筋在规模生产的情况下质量非常好，无论是钢筋的强度还是钢筋的延性等性能都非常稳定，质量上都有保证。但是经过钢筋的二次冷加工（冷拔、冷扭等）之后，钢筋的质量就不太稳定。特别是在一些小规模厂家生产出来的钢筋，由于我国原材料加工工艺普遍粗糙，缺乏有效的技术管理和严格的质量检验，质量波动大，不合格率非常高，严重影响到了结构的安全。

（4）检测钢筋原材料的重量偏差。钢筋在生产的时候有着重量上的要求，需要按照规定的重量进行生产。如果检测出钢筋重量和理论上的重量不相同时，有可能是因为钢筋直径没有达到要求，也可能是钢筋自身质量上有问题。因此，通过对钢筋重量上的偏差的检测，就可以对钢筋原材料的质量进行初步的判定。

三、钢筋原材料的检测方法

既然上面我们已经说出了钢筋原材料需要检测的项目，那么我们就需要对这些项目的检测方法进行分析。对钢筋原材料的检测方法：

（1）钢筋原材料强度检测方法。对于钢筋强度的检测，主要是通过对钢筋进行拉伸试验检测钢筋的屈服强度和抗拉强度：a首先要调整试验机上面的相关指针，将所有的指针拨动到规定的位置。b将需要检测的钢筋固定在试验机夹头内，然后启动试验机进行拉伸。c在拉伸的过程中，测力度盘上的指针停止转动的恒定荷载，或不计初始瞬时效应时的最小荷载，即为钢筋屈服点荷载。d向试件连续加荷直至将试件拉断测出最大荷载，这就是抗拉极限荷载。

（2）钢筋原材料延性检测方法。钢筋原材料延性的检测也是通过拉伸来测量出钢筋的伸长率，以此来表示钢筋的延性：a将刚才拉断的试件钢筋的两端在断裂处对齐，尽量使其轴线位于一条直线上。将拉断后各种原因形成的裂缝计入试件拉断后的标距部分长度内。B拉断处到临近标距端点的距离大于三分之一时，可以用卡尺直接将已被拉长的标距长度测量出来。但断后伸长率大于或等于规定值，不管断裂位置处于何处测量均为有效。如果小于三分之一时，可采用位移法来测量断后的伸长率。C如果试件在标距端点上或标距外断裂，那么此次试验结果无效，需要按照步骤进行重新测验。

（3）钢筋原材料弯曲性能检测方法。钢筋的弯曲性就是通过弯曲试验来进行检测的。冷弯试验就是将钢筋样本放在规定直径的弯心上将钢筋弯到180度，查看弯曲处是否出现裂缝、鳞落、断裂等现象。钢筋弯曲试验也需要在弯曲试验机上进行检测，试验的时候对环境温度有着一定的要求，需要试验环境温度在10到35度之间。严格的温度要求是在18到28度之间进行。对钢筋原材料的反复试验是一种在专用的曲折试验机上，对钢丝进行冷弯试验的方法。

（4）钢筋原材料重量偏差检测方法。钢筋原材料重量偏差的检测，需要在不同的钢筋上进行截取，而且截取的长度最少是50cm，而且测量的数量必须在五根以上。长度应该进行严格的测量，要以mm为单位，严格把关，精确数值，保证实验结果的准确性。

（5）检测报告。检测完毕后之后需要提交检测报告，检测试验报告的结论要符合下面的规定。报告上的各种数据和结论都要保证其准确性；检测试验出具的检测报告应该给出相关的文字报告和结论；检测报告上应该盖有试验室公章或者是检测专用章；在修改已经发出的试验报告时必须进行书面说明。

四、结束语

建筑工程钢筋原材料是最为重要的建筑材料之一，钢筋质量是否合格，直接影响到整个建筑工程质量是否合格，关系到建筑的安全。本文对钢筋的强度、延性等方面的检测方法进行分析研究，为建筑工程提供了一点参考资料。在检测上一定要严格的把关，重视每一个细节，确保每一个测量数据都精确，给大家建造一个安全的建筑。

参考文献

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关键词:裂纹 水合添加剂 应力腐蚀

由于在生产甲乙酮的过程中,水和反应器的压差会升高,因此需要水合添加剂来降低压差,而且需要足够的压力才能满足生产要求,所以水合添加剂的管线会产生相应的应力腐蚀。MEK装置所用水合添加剂成份为仲丁醇、除盐水、十八烷基氯化胺(比例为7:2.7:0.3),三种成分通过降低水合反应器水帽工艺水的表面张力,从而降低流通阻力的作用。该系统所采用管线的材质为耐腐蚀性极好的316L。2004年8月投入使用,2007年5月发现该系统有5处弯头与直管连接的环焊缝焊接区出现渗漏,6月装置停工检修,经X射线检查,有28余处焊缝出现未焊透、裂纹等现象。

1、现象分析

1.1 宏观观察

由于裂纹的存在产生了渗漏,裂纹产生于弯头与直管连接的环焊缝焊接区,基本呈纵向。从焊接区的横截面观察,裂纹启自内表面,有单条的,也有多条密集分布的,(见图片-1)。个别裂纹已穿透管壁。

1.2金相观察

从弯头的两个端头分别取样进行了金相组织和裂纹走向分析。未浸蚀观察,裂纹形貌(见图片2、),裂纹启裂于弯头内表面,多数裂纹呈麦根状,即分枝较多。裂纹内有腐蚀产物,经浸蚀后观察,开裂处金相组织形貌为奥氏体等轴晶,有孪晶特征。裂纹为穿晶裂纹。

1.3 断口分析

采用机械方法将裂纹打开,用肉眼、实体显微镜和扫描电镜对裂纹断口进行了观察。断口低倍形貌(见图片3),断口的原裂纹部分有腐蚀产物覆盖呈黑色;机械打开部分断口呈白亮色,有柱晶特征。扫描电镜观察,大部分原裂纹部分断口有呈泥状的腐蚀产物覆盖(见图片4)。用能谱仪对腐蚀产物化学成分进行了分析,腐蚀产物中除含有Fe、Gr、Ni、Mo、Si等弯头金属应含有的元素外,还含有较高的C、O、CI(见表-1)。靠近机械打开断口处腐蚀产物较少,可看清楚原裂纹断口形貌(见图片5),具有解理开裂特征,机械打开部分断口形貌见图6,为柱状晶沿晶开裂,有撕裂特征,应为弯头与管连接的焊缝。

1.4 化学成分分析

从弯头上取样进行了母材的化学成分分析,分析情况见表-2。

从表-2,能够确定甲乙酮装置水合添加剂管线弯头材质的化学成分符合316L相关标准要求。所以确定产生裂纹的原因不是弯头材质缺陷引起的。

2 腐蚀原因分析

2.1弯头及管线材质均为316L,符合抗腐蚀标准要求。

2.2从裂纹启裂于内壁、多分枝、断口呈理解方式开裂、其上有腐蚀产物且腐蚀产物中含有较高的CL-判断,裂纹性质属CL-引起的应力腐蚀。

2.3CL-来源于管内所走添加剂中的十八烷基氯化氨。

2.4裂纹性质为应力腐蚀,引起应力腐蚀的应力来自焊接残余应力。原焊接方式采用电焊,存在未焊透缺陷,缺陷引起应力集中,有利于应力腐蚀裂纹的形成。其中很多缺陷为一很窄的缝隙,有利于CL-的富极。焊接残余应力、焊接根部缺陷及Cl是引起弯头应力腐蚀的主要原因。

3主要对策

3.1本次检修将水合添加剂管线全部更换,采用将管线冷煨弯形式,将36个弯头全部取消,总计减少72道焊口,与原来相比,减少焊口总量的66%。

3.2本次管线更换,焊接方式采用氩弧焊。对解决不锈钢未焊透现象,降低焊接残余应力,氩弧焊效果明显好于电焊。在焊接过程中逐道口检测,不合格坚决反工,杜绝了未焊透现象。降低了焊接残余应力。

4 结论

本文通过对水合添加剂管线出现应力腐蚀的现象,及时从降低焊缝数量、降低焊接残余应力和杜绝未焊透现象入手,使焊接残余应力和CL-联合作用出现应力腐蚀的情况得到缓解。

参考文献:

[1]吴继勋.金属材料的耐腐蚀性[M].北京:冶金工业出版社,1998.

[2] 付玉华主编 石油化工设备腐蚀与防治 机械工业出版社 1997

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【关键词】金属材料；职业道德；专业素能；综合素质

中图分类号： [TB31] 文献标识码： A

1引言

当今世界可以说是钢铁世界：从日常生活到社会经济发展，从基础建设到重大建设工程，从运载工具飞天入海到钻山掘土，都离不开金属材料。随着新材料不断的被开发、被研制，用途越来越广，改变人们的生活，改变了世界。

1.1金属材料的性能与检测

金属材料不断的被应用到各行各业：机械加工、设备制造、建筑、电力、通信、航空航天等等，它们的用途决定了材料必须保证质量才能满足使用的功能和安全，材料的质量是通过检测来验证材料力学性能和化学成分是否满足需求。

检测主要是对已知材料进行力学性能试验和化学成分分析，确定材料是否符合国家标准和技术要求，判定材料质量合格与否，确定金属材料是否具有应有的性能

1.2检验工作的作用

金属材料的质量由检测来验证，检验的结果又去指导生产和确定材料是否可以作为原材料用于产品加工，材料的性能决定了产品的质量和使用功能、使用安全。

检验工作指导生产服务于生产，保证产品质量持续稳定，检验质量保障了产品质量。

1.3检验工作的性质决定检验员应具有的品质

材料的力学性能和化学成分决定材料的质量，质量影响材料的用途和安全，质量必须靠检测来确认，决定了材料理化检验员必须具有全面、较强的专业知识和能力。

金属材料的质量牵涉到经济利益和安全，称职的材料理化检验员还必须具有良好的职业道德，坚持工作原则，对材料做出真实、正确的判定，保证材料的使用性能和使用安全。

材料发展的趋势及检测新方法、新原理、新设备的出现，要求检验员要不断的提高自身素质，拓宽知识视野，始终走在科技前沿，具有独树一帜的专业素能和高尚的职业道德。

2材料检验员的职业道德品质

检验员要遵守相关的法律法规，依据检验规程，按一定的程序、工艺和方法对材料进行检测和判定。在检验过程中可能受到客观和主观的影响，因此工作中必须坚守职业道德。

2.1材料检验员的职能划分

根据材料生产和使用过程，可以将检验工作划分为：研发检测、生产控制检测、使用检测和仲裁检测。研发检测是根据使用的需要或者金属元素的性质去开发新性能的材料，满足需要和推进科技进步；生产控制检测是对已有标准和技术要求的材料去生产，通过检测控制产品质量持续合格，生产有序进行；使用检测非常重要，是对直接用于产品加工的金属原材料进行检测，确定材料使用功能和安全；仲裁检测就是对有争议的金属材料性能由有检测能力和资格的第三方进行鉴定的检测。

2.2材料检验员应具有的职业道德

材料检验员必须有严谨的工作态度，坚持工作原则，坚持职业道德和职业操守，独立、客观、公正开展材料检测工作，依据检测规程和程序得出科学结论并对自己的工作成果负责。

研发检测是对新材料开发的辅助，本文仅对生产检测、使用检测和仲裁检测进行论述。

2.2.1金属材料生产检验员应具有的职业道德

金属材料的生产主要是通过一系列的工艺、配方和方法等，生产出已知的、具有固定要求性能的材料，理化检验是对产品制造质量的控制，从材料配方到产品出厂，保证材料的化学成分和力学性能符合国标和技术要求，确定材料的制造工艺、方法满足要求。

生产厂商生产的金属材料虽然满足经济发展需要，但最终的目的是追求利润，追求利益最大化，用最低的成本追求最大的利润，许多厂商玩起球，一些添加的贵重合金金属都在国标要求下限，致使力学性能也在国标要求下限，给金属材料制品留下许多安全隐患。

在工作中，检验员也许会受到各方面的干扰，有来自行政上的命令，有经济利益上面的驱动等等，造成工作成果失准。如为过分追求效益，检验过程中接到上级的暗示，甚至命令，要求检验结果必须合格；有的为经济利益驱动，违背良知出不正确的结果，使检测结果的客观性、公正性和独立性受到影响，失去了对产品质量控制的本质，不能作为过程控制的指针，造成质量隐患，甚至不合格，降低公司信誉，对社会产生不良影响甚至造成经济损失等等。决定了材料检验员必须坚守职业道德，依据程序独立工作，做到客观、公正性和科学性。

2.2.2金属材料使用检验员应具有的职业道德

材料的质量决定了产品使用功能和使用安全，由于质量造成经济损失和安全事故时有发生，危害社会和人身安全。如2008年雪灾中电力铁塔的倒塌，屡见不鲜的建筑物、桥梁垮塌，设备产品等使用寿命的降低等。为杜绝安全事故和降低经济损失必须加强检测控制。

材料使用检测是使用单位对采购的金属原材料质量的验证，在原材料入库或使用前进行物理性能和化学成分的检测，以求满足产品生产和使用的性能需求，使材料既能满足功能要求又能降低成本，达到提高经济效益的目的，促进企业持续发展。

为保证材料性能和安全，检验员要坚持原则和职业道德，遵守法律法规，遵守工艺和操作规程，依据工作程序，独立、公正，避免任何干扰得出结论，指导生产、服务生产。

2.2.3金属材料仲裁鉴定检验员应具有的职业道德

材料生产和使用单位因质量发生纠纷，需要由有资质的第三方检测鉴定，独立地出具客观、公正、可信度检验结论，确定材料质量。比如前段时间闹得沸沸扬扬不粘锅锰超标事件。

鉴定检验更容易受到各种干扰，特别是经济利益的诱惑，稍有不慎就会出现社会问题。理化检验员必须坚守职业道德，坚持工作原则，加强自身素质建设。正如业内所说：一个称职的理化检验员首要的任务就是坚持原则，不违背道德良知，促进检验工作健康有序的发展。

3检验员应具有的专业素能

合格的检验员必须具有相应的专业素能：专业素质和工作能力，它决定工作成果的科学性和可靠性，对产品进行判定，发现问题、为原因分析提供依据，提出纠正措施和预防措施。

3.1检验员自身必备的专业素质

检验员的业务素质不仅要通过系统的理论学习，而且要通过实践，在工作中不断的总结、积累，并再次应用到工作中去指导工作；再者要加强继续教育，学习专业中出现的新理论、新原理、新材料和新方法，提高自身的专业素质和工作成果质量。

检验工作中要排除对检测环境影响的各种因素，对检验结果进行不确定度评定，使用可接受性的检验程序和方法，加强数理统计，使检测更具有客观性和科学性，保证产品质量。

3.2检验员应具有的工作能力

检验员不仅要有相适应的专业素质，还必须有相应的工作能力，它决定检验员的成功与否，决定能否果断、快速得出正确结论，能否将专业知识应用到日常工作中。在工作中必须遵守法律法规，坚定的贯彻执行标准和方法，做到举一反三和融会贯通，将与检测相关的知识能够成功的运用到自己的专业知识中，指导工作。

工作能力在检测结果的失效分析本质和重大的失效案例中都能得到验证，无论你的专业知识多么渊深，在实际工作中你的能力不能拓宽，视野不够宽广，将直接影响你的知识发挥，工作中就不能有的放矢切中要害，得出正确的结果。

3.3综合素能的提高

为做好检测工作，就要不断的提高综合素能，适应不断发展的检测工作，日臻完善检测方法。不仅要坚持继续教育，而且要不断的涉猎各方面相关的知识。比如，从事化学元素分析要涉猎物理专业，物理要涉猎数学专业，常规化学分析要涉猎直读光谱元素分析等。科技的进步促使我们要孜孜不倦涉猎各方面的知识，鞭笞我们去学习、去提高自身的综合素能。

4检验工作的发展趋势必须与时俱进

新材料不断被研发，新品种不断出现，性能不断的提高，满足了各种需要，也要求检测工作必须满足材料发展需要，必须与之相适应，保证材料性能得到验证和确定。

传统的检测方法，已有的材料标准和检测程序，有的已经与材料发展不相适应，主要反映在方法繁琐、复杂、陈冗和结果精确度上。特别是新材料出现及对合金元素的性质再认识上，确定了检验工作必须与材料发展相适应，与材料发展做到与时俱进。

近年来，各种检测仪器不断的更新换代，检测精度不断提高，使材料中一些未知的微量元素被检出、被认知，这些元素在材料中的作用需重新认识。材料标准不断完善、更具科学性；标准物质各种指标更完整、准确，分析要求更严格；检测方法更完善、科学，使得检测更便利、快捷，结果更准确、完善，准确度更高。特别是近年来发展的原子谱分析技术，直读光谱仪的应用，提高了工作效率和经济效益。同时要求检验工作必须符合材料发展趋势，材料理化检验员必须不断学习新知识，提高自己的综合素质，满足材料发展和检验工作需要。

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关键词：三代轮毂；断裂；分析

1情况简介：

某种三代轮毂单元心轴断裂，材质65Mn，经毛坯锻造机械加工调质处理轴表面高频感应淬火后成形。

2宏观检测：

轮毂轴的外观见图1，箭头所指处为轴承内滚道。断裂位置及断口侧面宏观形貌见图2，断面大致可分为两个平面，且两平面之间由于不在一个水平线而形成台阶形貌，一个断裂面在轴承内滚道上，另一个断裂面与内滚道间有一定的距离，同时，轮毂轴断口侧面存在多处横向裂纹，见图中箭头所指部位。轮毂轴断口宏观形貌见图3，根据宏观特征可将断口分为2个区：断口1区、断口2区，其中断口1区（黑色区域）约占整个断口的80%以上，其中断口2区约占20%，为银白色金属色泽，断口相对光滑平坦。

             

3微观断口分析：

将断裂样品经超声波清洗后，置于扫描电镜下观察。尽管断面经过了硝酸酒精腐蚀，但其微观断裂特征仍然清晰可辨。断口1、2区微观形貌见图3，断口呈熔融的自由表面特征，断面被厚厚的一层氧化皮覆盖。图4为裂面附近低倍断面形貌，在该图上既可见到裂缝，又显示断面极度疏松。图5为图4的放大形貌，更加清晰地显示出疏松的微观形貌。图6是沿晶断裂区的局部形貌，此图上即显示单个晶粒面，又可见多个晶粒交界线；图7仅是无数疏松空洞的代表。

                  

3能谱分析：

  对断口1区进行能谱分析，结果见表1。由分析结果来看，断口发生严重氧化，未见腐蚀元素。

               

4化学成分分析、硬度测试：

      在轮毂轴断口附近制取试样，采用光谱直读法进行化学成分分析，各元素均符合技术要求。将试样磨制抛光后进行显微维氏硬度测试，符合标准技术要求。这里不再详细说明。

5金相分析：

垂直断口平面且过轴线和裂纹部位切取试样并对切取截面进行磨抛后，裂纹的金相形貌见图8，组织异常，裂纹内部存在一定厚度的黑色氧化皮，裂纹将基体分割，此种缺陷大小不一，大致呈“蠕虫”状组织形貌见图8红圈内。轴心部较多且尺寸较大的黑色块状缺陷，缺陷内部填充氧化皮物质，见图9。采用4%硝酸酒精溶液进行腐蚀后发现，裂纹两侧均存在脱碳现象，见图10，未见明显过热过烧等缺陷。

                

5 结果浅析：

由于其金相组织极度不正常并依据组织决定性能原则，可以肯定，轮毂轴的承载能力将受到极大削弱。不正常金相组织的出现并非锻造或调质，而是原材料本身固有缺陷。这种固有缺陷应为冶炼过程中残留的且未切除的冶金缺陷，如碳偏析，疏松等。锻造过程中这些缺陷随着锻造变形量的增加沿金属材料的变形方向分布，在锻造高温的作用下缺陷界面处发生氧化脱碳从而呈黑色块状。

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关键词：不锈钢 光亮马弗 国产修复 影响因素

中图分类号：TG155 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）08（b）-0073-01

近十年来，随着我国不锈钢消费市场发展，对不锈钢品质要求越来越高。同时随着环保的要求，绿色制造形成一种主流。不锈钢光亮退火炉就是一种新的绿色无污染生产宽幅不锈钢设备，国内各不锈钢生产企业纷纷投资建设不锈钢光亮退火线。马弗管式光亮处理炉作为生产光亮板带的关键技术装备，在高的工作温度、恶劣的使用条件下由于高温蠕变会引起多种缺陷，叶乃威，杨安，孙朝阳在不锈钢带钢光亮退火马弗炉缺陷分析及修复中已经描述了马弗的结构特征和多种马弗缺陷。由于缺陷的产生使得马弗管使用寿命短，其设计寿命仅为三年，同时由于马弗直径大，采购Inconel alloy601国外马弗材料价格高，交货周期长。目前，国内已经研制出可替代进口Inconel alloy601的产品。如果采用国产材料修复马弗，对于各大不锈钢企业来说有着长远的经济意义。为了确保马弗修复的质量，该文将对材料考察重点因素进行探讨。

1 材料成分

金属材料性能和质量主要决定于化学成分。Inconel alloy601被选择用于高温马弗管制作，主要由于该合金高温力学性能优良，同时其为Ni-Cr系面心立方的奥氏体固溶强化镍基合金，高的铬含量有利于腐蚀和高温环境，铝的加入提高了它的强度和抗氧化特性，并具有优异的高温抗氧化性。根据该合金的ASTM标准中对金属材料规定了必须保证的化学成分。因此，作为国产材料考量的时候，必须对材料的化学成分进行分析，甚至作为主要的质量指标。对于国产材料成分分析按照GB/T223-2000钢铁及合金化学分析方法，包括Ni、Cr、Si、C、Mn、P、S、Al、Co、Cu、O、N、Fe。然后对比进口材料标准，重要的Ni含量必须保证58～63，Cr含量必须保证21～25，其微量元素也是必须在标准之内，作为国产材料的控制以严于标准控制更可靠。化学成分可以通过化学的、物理的多种方法来分析鉴定，目前应用最广的是化学分析法和光谱分析法。

2 晶粒度

由于晶粒的大小对金属的拉伸强度、韧性、塑性等机械性质有决定性的影响，通常金相分析对金属性能测试是重要手段之一。进口的601材料晶粒度已经有标准图片，因此对国产材料601合金的晶粒度评定采用比较法，在光学显微镜仪器拍摄合金的内部组织图片，通过与标准图片对比进行评定。通过比对结果判定材料的物理性能、工艺性能及机械性能，在室温及高温下的机械性质。同时作为改善材料加工工序的途径之一，从晶粒度的大或小从浇铸工艺、冷热加工和退火温度等生产工艺方面改善。检测晶粒度分析标准可参考：GB 6359-2061金属的平均晶粒度评级，ASTM E112黑白相面积及晶粒度评级，ASTM E112-1996金属平均晶粒度测定方法。

3 常温机械性能

尽管马弗实际工作在高温环境，常规机械性能作为材料性能的测试必不可少。对于国产材料常规机械性能可按照GB/T 2975-1998检测抗拉强度Rm、屈服强度Rp0.2、断后伸长率A50%、硬度HB。参考值：抗拉强度必须大于550 MPa，屈服强度必须大于205 MPa，断后伸长率大于30%，固溶处理硬度小于220。

4 蠕变性能

蠕变是指固体材料在保持应力不变的条件下，应变随时间延长而增加的现象。它与塑性变形不同，塑性变形通常在应力超过弹性极限之后才出现，而蠕变只要应力的作用时间相当长，它在应力小于弹性极限时也能出现。由于实际马弗管在1150 ℃使用温度下长期运行，高温蠕变是其最主要的性能指标。马弗管在长时间高温烧嘴燃烧工作，而且自重达到20 t，尽管最重部分受到应力只有1.46 MPa，但是高温蠕变下，材料的承受应力将随着工作温度的升高而降低。在进行马弗国产材料修复的时候，要对国产材料展开高温下蠕变实验研究，蠕变试样尺寸规格和制作严格按照HB5151-96标准执行，高温蠕变试验选取3个温度点，分别是1095 ℃，980 ℃，870 ℃。以国产材料蠕变速率―应力关系图，并与国外IInconel alloy601的蠕变速率――应力曲线进行对比和评价。

5 高温持久性能

马弗管在长时间高温、自重因素作用下工作，高温持久强度也是一个评定指标。通过高温持久性能试验可获得指定温度和持续时间内引起断裂的最大应力值。与高温蠕变性能测试实验一样，选取1095 ℃，980 ℃，870 ℃测试温度点，将试样安装在持久实验机上，加热，等温度升高至要求温度，加载，保持温度和载荷不变，让试样持续拉伸，直至断裂，记录所加载荷和断裂时间。把实验结果与国外材料进行对比，分析国产材料的持久强度，评估使用性能，高温蠕变和持久性能研究可参照GB/T 2039-1997。

6 焊接评定性能

马弗本身为多段筒体焊接件，修复焊接性能的评定作为国产材料应用的重要指标。按照GB50236-98焊接工艺评定标准评定，焊接性能评定主要涉及国产材料与进口材料之间、国产材料与国产材料之间、新材料与使用过的材料之间，进口材料与进口材料之间四种焊接。通过对焊接接头宏观组织形貌、微观组织特征、硬度分布特征、常温力学性能、高温力学性能的研究，与进口材料数据的对比，用以确定国产材料可用性以及指定合理的焊接工艺参数。

7 结语

国产材料替代进口材料对重要设备的修复必须做好风险评估，只要对材料特性关键指标进行分析、对比、改进，使国产材料达到进口材料的相同性能，则实现国产化修复的风险就会降低，本文从马弗修复国产化材料需评估因素进行分析，为实践提供依据，为进一步研究提供基础。

参考文献

[1] 叶乃威，杨安，孙朝阳.不锈钢带钢光亮退火马弗炉缺陷分析及修复[J].冶金设备，2010（1）：40-45.

[2] 杨悦民，徐振高.INCONEL 601合金热加工性能的研究[J].钢铁研究学报，2002，14（5）：62-66.

篇7

[关键词]淬火水池 改造

中图分类号：TM76;TM63 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2016）24-0399-01

1、引言

淬火在热处理中占据极其重要的作用，传统热处理设备易出现产品硬度低、硬度不均匀、产量低等现象。但更换热处理炉需要极大费用，对淬火池进行改造在尽量节约成本的基础上解决了以上问题。

2、产品不合格原因分析

造成淬火工件硬度低、硬度不均匀的原因主要有：（1）原材料组织不均匀、成分不合格（2）淬火工件加热温度过低、保温时间过短或工件进入淬火池时温度过低（3）淬火冷却不均匀、冷速慢。经过成分分析、金相观察发现原材料组织均匀、成分合格;工艺编写及实施过程均符合要求。

生产现场用行车将赤热工件吊入水中，之后通过行车的移动使工件冷却，冷却过程中水温高、水的流动性差，导致淬火效果较差;而且行车移动过程中易造成工件与水池壁磕碰;水温高，冷却慢，不能连续生产，产量低。

3、对淬火水池的改进思路

提高淬火水池的冷却速度与均匀性是改进的目标，对此通过多次探讨，我们决定对原淬火水池增加冷却、循环系统。

4、改进原理及实施情况

图中②③④⑤⑥⑦为循环水泵。

如图所示，淬火水池包括外循环及内循环两部分。

外循环：池内热水经②号泵到达室外冷却塔冷却，之后冷水经③号泵回到淬火水池。

内循环：在原水池内增加一个冷却箱，赤热工件于冷却箱内进行淬火。池底冷水经由④、⑤号泵沿管路到达冷却箱底部，遇赤热工件后冷水变热，因热水密度小于冷水导致热水上升，超过冷却箱顶部与外循环回到水池的冷水混合，下降到池底，再次参与循环。

整个过程增加了水的流动性、提高了冷却性能，使淬火工件能够均匀快速冷却。

5、结语

经过改造之后的淬火水池能使工件能均匀、迅速冷却，从而保证了产品质量;此外，改造之后的淬火水池能连续生产，使产量大幅度提高。

作者简介

魏玉萍，女，1988年5月出生，山东省莱芜市人，汉族，山东能源重装集团中传矿用设备制造有限公司技术员， 助理工程师，本科，主要从事热处理工作。

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【关键词】天然气管线；水流冲刷；失效分析

【Abstract】 A section of underground high-pressure natural gas pipeline in gas company broken. Failure causes were investigated by means of visual examination， SEM observation， chemical compositions analysis， metallographic examination， mechanical properties testing and simulation with Fluent software. The results show that the water pipeline， which was laid close and parallel to the gas pipeline， broke and leaded to spewing out of high speed water flow. High speed flow had a big scouring action on the gas pipeline and finally leaded to broken of it. Prevention measures and recommendations were proposed to prevent the similar failure.

【Keywords】natural gas pipeline； scouring action； failure analysis

0 引言

某燃气公司一段高压天然气输送管线中某处发现严重破损，造成该天然气管道出现一个长为200mm宽为135mm的不规则贯穿性破口。此段高压天然气管道于2008年铺设后，一直作为备用应急管道，从未正式使用过，但是会定期做氮气保护及增压保压检验工作。在2012年7月下旬的检测过程中，发现管线系统压力显示不正常，后经现场勘查发现管段存在破口，该部位恰好位于一条自来水管上方70mm处，该部位自来水管曾经发生过爆管，爆管部位已用管箍把紧处理。据调查，事发天然气管段采用GB/T9711.2～1999 L415MB的材料，对应的是美国石油学会标准API SPEC 5L X60材料。为分析破裂原因，作者对破口处管材进行了一系列的理化检验和模拟分析。

1.理化检验分析

1.1 现场勘察分析

从现场勘察得知，该破口天然气管段和自来水供水管道（ND250）上下并行铺设，两管线外表面平行距离约70mm；此处自来水供水管曾发生破裂，后用管箍修补，管箍与天然气管外表面平行距离约25mm，如图1。

现场观察发现，天然气管破口周边3层PE防腐层脱落；破口呈现船形，边缘厚度减薄，边缘圆滑，具有严重的冲刷宏观特征 [1]。

通过比对天然气管破口周边泥土、水源、环境差异性，综合分析天然气管、自来水管各部位形貌特征，初步判断事故原因为自来水管破裂未及时发现，高速水流直接冲击、冲刷天然气管道外表面，导致天然气管发生穿孔性破坏，破口逐渐扩大，直至水管堵漏为止。

1.2 破口宏观形貌分析

对该天然气管道破口进行宏观观察发现：破口呈不规则、近椭圆形状；破口周边发生从外壁向内壁的壁厚减薄，最薄处壁厚约2～3mm；减薄形成的坡度变化范围为10°到85°，表明破口不同部位所受冲刷的角度存在差别；破口内壁可以观察到明显的气液分界线，破口内壁无明显的壁厚减薄；破口坡度陡峭处可观察到径向冲刷痕迹[2]。如图2。

宏观分析表明，破口陡峭处外壁受到了高压流体的正面冲击，冲击方向与管外表面接近垂直；在破口其它位置，流体流向与管外壁夹角逐渐减小；当天然气管出现破口后，部分高速水流冲入管内，形成了流痕与水线。

1.3 破口微观形貌分析

使用扫描电子显微镜（SEM）对破口周边外壁面进行微观观察发现，坡度平缓处外壁面具有相互平行的冲刷沟槽（图3a），属于典型的剪切冲刷痕迹；坡度陡峭处外壁面呈现蜂窝形貌[3]（图3b），其凹坑属高速流体垂直冲刷致使晶粒脱落形成的韧窝痕迹，个别凹坑沿冲刷方向有略微拉长现象。

微观分析表明，天然气管破口周边外壁面具有高速流体冲刷作用的微观形貌，其中破口平缓处受剪切冲刷左右，陡峭处受垂直冲刷作用[4]。

1.4 化学成分分析

在天然气管破口部位取试样进行化学成分分析，结果如表1。分析结果显示，破口段材料的各化学成分均符合标准指标的要求。

1.5 金相检验

在天然气管破口处制取金相试样，经磨抛腐蚀后，采用光学显微镜进行显微组织观察，如图4。

由破口段管材金相图观察可得，管材的基体为白色铁素体，在铁素体间分布着珠光体；管材的晶粒细小，排列规整，分布均匀，无偏析、渗碳等组织缺陷[5]。检验结果表明管材的金相组织正常，基体组织并未受高速水流冲刷作用影响。

1.6 力学性能检验

对破口段管材沿径向从外壁向内壁进行显微硬度测试，测试结果如表2。硬度测试结果表明，破口段管材硬度从外壁向内壁均匀分布，平均硬度为209.2HV。

对破口段管材分布制取标准拉伸样和冲击样进行拉伸和冲击试验，其测试结果如表3。测试结果表明破口管段的强度指标、塑性指标和韧性性能均满足标准要求。

2.Fluent模拟分析

为分析天然气管壁受到高速流体冲刷时流场压力分布及管壁周围流体的速度矢量分布，从视觉上更加直观地认识高速水冲刷管线的过程，根据破口管道现场环境，用Fluent软件对天然气管受到高速水冲刷进行模拟[6]。

模拟假定参数为：天然气管外径为711mm；水管爆口尺寸为长100mm，宽5mm；爆口长度方向和水管中心线平行，爆口深度方向和铅锤面成2°夹角；设定流体为水，设定水管中水的压力为0.6mPa；网格及边界条件设置如图5所示。

模拟结果如图6所示。由天然气外壁受流体作用压力分布图和冲刷流体压力分布图可以看出，正对着水管爆口的管壁所受压力最大，压力范围为0.0973mPa～0.109mPa；且天然气管外壁受流体作用冲刷严重处压力分布形态呈椭圆形，与实际破口形貌对应。由天然气管外壁表面冲刷流体速度矢量图和冲刷流体速度矢量图可以看出，正对着水管爆口的管壁受到流体冲刷的速度最大，流速范围为9.92m/s～11.9m/s，当水流冲击天然气管壁后流向突变，开始沿着管外壁周向冲刷，冲刷速度从爆口向四周逐步减小。

模拟结果表明，在破口，冲刷水流压力较小，流速较低，且方向呈切向，从而形成破口边缘平缓坡度；同时由于水管爆口方向和铅锤面呈一定角度的因素，最终形成该天然气管线破口特殊形貌，如图2（a）。

3. 结论及建议

依据上述现场勘察、系列试验及模拟分析可知：（1）天然气管线的材料满足相应标准指标，管材质量符合要求；（2）天然气管线破口产生的原因为，邻近天然气管线铺设的供水管道发生破裂，高速水流喷射在天然气管线表面而产生的长时间正面与切向冲刷作用。

为预防此类失效的重复发生，作者建议：（1）在规划、设计、铺设天然气高压管道时，要严格执行相关法规、标准、规范，严禁不同管道交叉和超近距离铺设；（2）加强管线的监控、巡线、检测与检验和维护，主动预防天然气管线的第三方破坏。

参考文献：

[1] 廖景娱，刘正义. 金属构件失效分析[M]. 北京：化学工业出版社，2003.

[2] 蔡峰，柳伟等. 流体喷射条件下金属材料冲刷腐蚀的研究进展[J]. 摩擦学学报，2011，31（5）：521-527.

[3] 韩顺昌.金属腐蚀显微组织图谱[M].北京：国防工业出版社，2008.11

[4] 赵会友，陈华辉，邵荷生，赵善钟等. 几种钢的腐蚀冲蚀磨损行为与机理研究[J]. 摩擦学学报，1996，16（2）：112-119.

[5] 任颂赞，张静江，陈质如等. 钢铁金相图谱[M]. 上海科学技术文献出版社，2003：29.

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【关键词】无损探伤；射线；管材；检测

1、什么是无损探伤

无损探伤是在不损坏不破坏物件或材料工作性能和完整性的前提下，利用声，光磁和电等特性检验物件的表面和内部是否存在影响质量的缺陷、裂痕，并给出缺陷的位置，大小，性质，数量分布状态等信息，从而达到改进制造工艺，降低制造成本，提高产品的可靠性，保证设备安全进行的目的。

无损探伤最大的优势在于“无损伤”，其在工业生产，物理研究，生物工程，医疗诊断等领域获得了极高的重视和发展。

2、无损探伤的应用特点

2.1不损失物件材质和结构

无损探伤的最大特点是不损伤物件的材质，结构和工作状态，检测后的检测率可以达到100%，但是这并不代表无损检测适应于所有的测试项目，有些实验必须通过损伤或破坏被检对象来检测材料或产品性能质量，这种检测为破坏性检验，如化学成分分析，爆破试验等），因此，无损探伤并不能代替破坏性试验。

2.2正确选择无损探伤的时机

2.3正确选用合适的无损探伤方法

无损探伤分为几种探伤方法（下述），每种探伤方法都有其特点和适用范围，应根据检测对象的材质，性能，制造方法使用条件选择最适合最经济最准确最安全的探伤方法。

2.4综合运用各种无损探伤方法

每个探伤方法都不是万能的，都存在各自的优缺点，都有其特殊的检测方法和适宜工作的领域，我们的检测目的并不是过于追求检测的高质量，而是应该保证检测的安全和准确情况下尽可能的做到经济，便捷。多使用几种检测方法，配合使用，互相取长补短，才能真正达到检测的目的。

3、常用的探伤方法

目前在工业领域最常用的无损探伤方法有：射线（X射线、Y射线）探伤、超声波探伤、磁粉探伤、渗透探伤、涡流探伤、等。

超声波探伤是通过超声波与试件相互作用，对反射、透射和散射的波进行研究，对试件进行宏观缺陷检测、几何特性检测、组织结构和力学性能变化的检测，从而对其特性进行评价。适用于金属制品原材料、焊缝的超声检测。

磁粉探伤的原理是，铁磁性材料被磁化后，使工件表面磁力线发生局部畸变而产生漏磁，吸附工件表面的磁粉，显示出不连续性的位置、形状和大小。此方法主要是用于检测铁磁性材料及其零构件。

渗透探伤的原理是，零件表面被涂上含有荧光染料或着色染料的渗透剂，在毛细管作用下，经过一段时间，渗透液可以渗透进表面开口缺陷中，再表面涂上显像剂，缺陷中的渗透夜被吸收回显像剂中，在一定的光源作用下，渗透液痕迹被现实，从而探出缺陷的形状和分布状态。其不足之处是只能适用于表面开口的缺陷，并且只能检测出缺陷的表面分布，不能确定缺陷的深度。

涡流探伤是利用铁磁线圈在物件中感生的涡流，检测出物件内外部的缺陷裂缝。主要适用于圆形无缝钢管及焊接钢管等管材检测。

4、本文主要介绍X射线探伤对管材缺陷的检测与识别：

4.1X射线探伤的原理

X射线探伤的原理是：利用射线管发出X射线穿透金属材料，当射线遇见气孔、渣滓、裂缝等部位时，这些缺陷对射线的吸收和散射有削减作用，从而射在底片或荧光屏上的影像较致密状态金属的影像会有所差异，形成黑度不同的影像，由此来判断材料内部缺陷。

在管材检测领域中，由于焊接过程中会出现很多肉眼无法识别的问题，比如焊缝中出现缺口与裂痕等缺陷，直接影响产品的质量与安全，所以焊接的缺陷的检测十分重要。X射线检测凭借其直接，便于定量判定等优势一直广泛应用于管材检测中。

4.2X射线探伤的主要优点有

{1}人眼不可见，射线直接传播；

{2}、其本身不带电，不受电厂和磁场的影响；能透过可见光所不能透过的物质，例如金属材料；

{3}检测结果有直接记录，便于长期保存；

{4}可以获得缺陷的直观图像，长度宽度的尺寸准确，

因此X射线探伤适应于各类钢材有色金属材料等，特别适应于检测焊缝的质量。

4.3X射线探伤的局限性

X射线探伤对体积型缺陷（气孔，渣滓，凹坑等）检测率很高，但对于面积型缺陷（未焊透、未溶合、裂纹等）如果照相角度不适当，容易漏检；另外如果检测较厚的构件，射线会随着厚度的增加而削弱，所以灵敏度不高；适宜检测对接焊缝，不适合检验角焊缝；检测成本高；具有较强的辐射，对操作人员的身体伤害大。

4.4X射线检测有射线照相法和荧光屏法（实时成像检测）

X射线检测技术应用最普遍的检测方法是胶片照相法，利用人眼探伤，判断物体的缺陷，其优点是操作简单，成像效果好，缺点是检测效率低，操作复杂，胶片资料不易保存，检测过程不易实现自动化等缺点，由于操作人员长期检测器或物体表面，眼睛十分疲劳，身体伤害很大，而且极易出现走神等现象，大大增加了检测的不可靠度。

与此相比，射线实时成像检测技术，优点，操作简单，实时性好，结果易于保存，采用X射线实时检测系统在线检测与分析，可以有效克服人工评片引起的误判，从而使检测更加规范标准，其原理是将X射线图像输入计算机，转换为数字图像，经图像处理方法后显示缺陷图像，利用神经网络方法对缺陷的信息作出判断，按照有关标准对检测结果进行缺陷识别，从而达到自动检测的目的，无论在提高检测效率，可靠性还是保护检测人员健康方面都有重大意义。

5、总结

通过对无损探伤技术的学习和深入探讨，充分认识了各种无损探伤方法对缺陷的检测和识别办法，无损探伤技术因其广阔的优势，尤其是不损伤物件结构和性能这一特性，现在广泛用于国内外的工业领域，很多国家将这一技术列为重要的研发课题。通过对这项技术的深入研究与开发，无损探伤技术有了更突破的发展。目前为止，我国的无损探伤技术较部分发达国家仍存在很大差距，我国已经成立了全国性的无损检测学术组织，部分省、自治区、直辖市也成立了地市级无损检测协会。无损探伤的前景极其乐观。

参考文献

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[关键词]材料分析技术 教学方法 实践

[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2013）21-0108-02

一、引言

《材料现代分析技术》课程是材料科学与工程类专业的一门专业特色课，是该专业的主干课程，在整个培养计划的专业课程架构中起着至关重要的作用。众所周知，材料是人类进化史的里程碑、现代文明的重要支柱、发展高新技术的基础和先导。现代材料的发展在很大程度上依赖于对材料性能与其成分及显微组织关系的理解。材料现代分析技术和仪器的发展，加深了对材料结构和性质的认识，促进了对材料本质的了解，使得对材料的组分构成、制备方法和工艺、组织结构与性能，以及它们之间的相互关系的研究愈来愈深入，为材料科学理论体系的形成打下坚实的基础。国内的清华大学、哈尔滨工业大学的材料（金属材料、无机非金属材料及有机高分子材料）及热加工（热处理、铸造、锻压、焊接）专业均开设了《材料现代分析技术》这门课，国外的如麻省理工学院的材料科学与工程专业也开设了《衍射与结构》、《材料的成像（微观分析）》等类似的课程。由此可见，该课程在材料科学与工程类专业中的重要性。由于不同学校的专业倾向性不同，课程整体设置不同，讲授内容和侧重点也不同，因此根据自身的情况开设一门符合本专业特点的《材料现代分析技术》课程是非常有必要的。

二、我校开设该课程的基本情况

我校自2008年成立材料科学与工程专业以来，所在的材料科学系就根据国家本科生培养计划，结合学校优势专业和重点发展方向设置了《材料现代分析技术》这门专业特色课。我们选用获全国普通高等学校优秀教材一等奖，哈尔滨工业大学周玉院士主编的“十五”国家规划教材《材料分析测试技术》为主讲教材。课程主要讲授的内容包括X射线衍射、电子衍射原理、电子光学基础、衍衬运动学基础等基本理论和X射线衍射仪、电子显微镜等现代仪器的基本原理和结构，重点讲授材料结构、晶体缺陷以及微区成分、微区形貌的基本方法，使学生掌握现代材料的分析测试方法和手段，提高研究和解决材料理论和工程实际问题的能力。

三、《材料现代分析技术》课程教学研究与实践

该课程涉及大量材料科学和物理等领域的基础知识，也涉及理论知识的工程实践应用，还包含较多抽象的概念和晦涩难懂的公式推导，学生普遍反映该课程较难学。如何提高学生的学习原动力和兴趣，让学生能够由被动变为主动学习；如何提升学生的创新思维能力，让学生能够把理论知识和工程实践应用有机联系起来，是摆在授课老师面前的两道难题。因此，通过不断改进教学方法、教学手段来提升教学效果是非常有必要的。笔者自该专业成立以来就一直担任该课程的主讲老师，积累了一定的教学实践经验。

（一）加强背景资料的收集和介绍，提升学生的学习情趣

该课程涉及的主要内容多是抽象的知识，如果直接进入主题，没有预先做一些铺垫，学生往往会感到困惑，直接影响其继续听课的兴趣和对知识的深入理解。针对这个问题，可以通过预先介绍相关的背景资料来解决。例如在讲授X射线性质的章节时，我首先介绍X射线发现者伦琴的生平，然后讲述伦琴通过偶然现象发现X射线的过程，并给学生观看伦琴夫人在X射线作用下与底片上留下的完整手骨影子，并提及我国的李鸿章在X射线被发现后仅7个月就体验了此种新技术，成为拍X光片检查枪伤的第一个中国人。通过这些背景的介绍，极大地调动了学生的积极性，学生迫切需要知道X射线的本质是什么，X射线和其他电磁波的本质区别是什么，X射线的具体用途有哪些。这样再讲授以上内容就变得顺理成章。在讲授X射线在晶体中的衍射章节时，我先介绍X射线衍射用于晶体结构分析的背景，也就是19世纪末20世纪初国际上困扰人们的两个难题。第一个难题就是1895年伦琴发现X射线后，认为是一种电磁波，但无法证明。要证明X射线是一种电磁波，只需证明它可以通过光栅产生衍射，衍射产生的子波干涉后可以在记录板上留下衍射花样。然后提出X射线无法得到衍射花样的两个原因：1.X射线根本不是一种电磁波；2.X射线是一种电磁波，但由于波长极短，通过人工的方法无法制造出可以满足衍射条件的具有足够小狭缝的光栅。第二个难题就是同一时期晶体学家根据晶体的一些特性推测其由周期排列的原子、分子或离子组成，但无法证明。这两个看似风马牛不相及的难题被德国物理学家劳埃巧妙联系在一起，他以单晶体作为天然光栅、原子之间的间距作为狭缝。狭缝尺寸如此小的光栅是人工无法制造出来的。他让X射线照射到单晶体，然后观察是否会产生衍射现象。结果他得到了世界上第一幅晶体的衍射花样，震惊世界。劳埃不仅证实了X射线是一种电磁波，还同时证明了晶体的周期性。然后我又介绍了迄今为止和X射线及晶体衍射研究相关的诺贝尔获得者以及他们的获奖成果，从1901年X射线的发现者伦琴，1914年X射线衍射现象的发现者劳埃，1915年布拉格方程的推导者布拉格父子，到1962年脱氧核糖核酸DNA双螺旋结构的发现者威尔金斯、沃森和克里克，再到1994年在中子衍射领域作出突出贡献的布罗克豪斯和沙尔。通过以上背景的介绍，明显提升了学生的兴趣，学生很渴望了解X射线在晶体中产生衍射需要满足什么条件，不同晶体是否会得到不同的衍射花样，衍射花样是否能够反映晶体结构等等。接下来再讲授这些内容，学生就很容易带着问题来听课，课堂纪律明显提高，学生积极性也得到了提高。

由此可知，主讲内容相关背景资料的介绍是否充分、是否到位会直接影响教学效果。

（二）强化和内容相关案例的收集和介绍，增强学生对知识的归属感

该教材正文中介绍了大量的基础知识，包括概念、现象的理论解释和原理、公式的推导等等，但针对某一概念或某一原理的案例很少，很容易让学生对所学知识没有归属感，即不明白学这些内容的用途是什么，使用的前提是什么，应用的条件是什么，结果形式是什么，如何具体问题具体分析。这些疑问，可以通过讲解一些和内容密切相关的案例或者自己的研究成果来解决。在X射线物相分析章节，主要内容就是介绍单相分析的程序和注意的事项，相对简单，很容易让学生误以为物相分析就是一件很简单的比对工作。事实并非如此，实际中物相的鉴别是非常复杂的一件事。我以我的科研成果为例，介绍激光熔覆层的物相分析过程。1.试样制备：熔覆层表面通常为火山口或山峰状，要通过电火花切割法对其表面平整化；2.衍射花样的标定：由于熔覆材料组分通常较为复杂，含有多种元素，在熔覆过程中会产生较为复杂的多种物相，且激光熔覆快速加热、快速冷却的特点也易产生亚稳定过饱和固溶体或中间相，晶格也会发生畸变。这使得其物相分析较为棘手。通常要分为以下几个步骤：1.根据熔覆材料组分，结合相图及热力学计算来预测可能生成的物相种类，以及生成倾向性的排序；2.通过Jade软件来进一步鉴别，初步标定主要物相组成；3.通过电子探针进行不同形态物相的成分分析，最终确定熔覆层的主要物相组成。在扫描电镜和能谱分析章节，主要内容就是介绍其在微观组织的应用，原理相对简单，但在实际中较复杂。我也以我的科研成果为例介绍不同材料显微组织分析过程。1.针对不同的材料，如何来选择合适的腐蚀剂？腐蚀到什么程度较为适宜？2.如样品导电性不好，需要通过喷金来提高像的衬度；3.在观察时，如何选择是用二次电子扫描还是背散射电子扫描？如何根据形貌衬度和原子序数衬度对增强相形态、大小、分布以及原子序数的相对高低进行合理分析？在进行微区成分分析时，如何合理选择点分析、线扫描和面扫描这三种操作模式？如何对得到的成分信息进行合理分析？

通过大量案例和自身科研成果的介绍，学生加深了对基础知识的理解，并提高了他们将知识和实践相结合的能力，教学效果非常明显。

四、体会和总结

《材料现代分析技术》理论性很强，通过上述介绍的两种方法可以有效提升教学效果，激发学生进一步学习的兴趣，变被动为主动，也增强了学生申报和参加大学生创新项目的积极性，有效提高了学生的创新思维能力和将理论用于解决工程问题的能力。在大学最后一个学期的毕业设计环节，这门课所学的知识得到了充分发挥，毕业设计的效率得到了提高，论文质量也有了较大的改善。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 钟世云.麻省理工学院材料科学与工程专业本科培养计划的分析[J].中国大学教学，2013（3）.

[2] 杨新亚.《材料研究与测试方法》的教学改革实践[J].理工高教研究，2006（2）.