金属材料检测技术 余自勇

金属材料检测技术余自勇第1页，共24页，2023年，2月20日，星期四

金属材料常规性检验1.1化学成分

1.2物理性质1.3力学性能1.4表面性能1.5细微组织

1.6拉伸试验主要内容：第2页，共24页，2023年，2月20日，星期四1.1金属材料化学成分1.1.1研究化学成分目的

金属的化学成分决定了材料的基本性能.•材料鉴定,了解该材料特性;•研判竞争对手的材料;•制程表面异常污染分析;•

重金属含量测试,环保要求.•

含量大于0.001%的元素;•

测量表面>直径8mm的块状,研磨适当及平坦.•

多元素同时分析•

铁/镁/铝/铜/锡/锌/钛基材料的化学成分第3页，共24页，2023年，2月20日，星期四1.2金属物理性能1.2.1研究物理性能目的•了解铜材料导电率,以作为连接器设计选材的参考.•测试表面光泽,验证产品品质及制程能力.•了解金属材料在温度作用下的性能变化.•

其它物理性能如热传导等。1.2.2物理性質測試項目

•金属密度:镁1.74,铝2.7,钛4.5,铁7.8

•金属导电率:Ag·Cu·Au·Al

•表面光泽度

•金属热处理性能第4页，共24页，2023年，2月20日，星期四1.2.3测设物理性能的仪器一般依据规范,微欧姆计配合适当的治具来测量电阻.•导电度IACS%.ρ=(W.D.Rt)/L(µΩ.m)%IACS=(0.017241*100)/ρ

•阻抗

测量范围为200mΩ-200kΩ

解析度微0.01mΩ-10Ω•表面阻抗:Ω,Ω/□,Ω.cm.微欧姆计表面阻抗计第5页，共24页，2023年，2月20日，星期四1.3金属机械性质

1.3.1研究性能的目的

•原物料的进料管制

•金属材料设计选用的参考

•制程参数控制，如冲压或焊接

•生产遭遇问题时，有关材料因素的判定。

1.3.2机械性能测设项目

•抗拉强度

•降伏强度

•伸长率

•弯曲强度

•硬度•推拉力第6页，共24页，2023年，2月20日，星期四1.3.3测试仪器及功能--推力＆扭力精密荷重试验机Scale:5/20/50/100/200kg精度:±0.2%测试:焊接·熔接·铆接等组件结合力

弹簧弹力机壳压缩疲劳

CONN插拨力等Scale:60Kg*cm,6Kg*cm精度:±3%测试:螺丝及螺柱扭矩.

第7页，共24页，2023年，2月20日，星期四维氏硬度计1.3.3测试仪器及功能---维氏硬度•作用載荷:HV0.5,HV500g•维氏硬度:HV,HRC•表面硬度与芯部硬度•测试精度:±0.7%•适用范围:小五金,冲压薄材,不规则零件等第8页，共24页，2023年，2月20日，星期四洛氏硬度计1.3.3测试仪器及功能---洛氏硬度•切取适当大小试片,将其上下表面磨平,并保持平行,以硬度试验机在试片表面压下印痕,再依据印痕深度或大小量测材料硬度.•洛氏硬度及适用范围:HRA(硬质合金),HRB(冲压板材),HRC(模具零件),HR30NHR45NHR30THREHRFHRR等.第9页，共24页，2023年，2月20日，星期四•最大力:10吨•标准试片:宽约12.5(25)/长约200•测试项目:抗拉强度/降伏强度/伸长率/杨氏模量/

弯曲试验等.•焊/铆等组合件力学测试,冲压板材弯曲性,电镀件结合力1.3.4测试仪器及功能---万能材料试验机万能材料试验机第10页，共24页，2023年，2月20日，星期四1.4金属表面性质1.4.1研究表面性质目的

了解金属材料表面特性及零件,以作为:

•表面处理制程之参考

•进料检验管制

•缺陷分析

1.4.2镀层性质测试项目

•涂镀层/阳极层厚度

•镀层结构

•镀层显微组织•表面粗糙度

•

耐磨耗性第11页，共24页，2023年，2月20日，星期四1.4.3表面性质测试仪器及功能X-Ray膜厚仪单层:Ni/Fe,Zn/Fe等.双层:Sn/Ni/Cu,Ni/Cu/Fe合金镀层:SnPb/Cu金属及ABS塑胶上膜厚;应用:镀层结构判定与量测;镀层成份测试.以X-Ray照射样品,使镀层金属原子激发产生二次发射光谱,由其频率及强度值求出镀层厚度第12页，共24页，2023年，2月20日，星期四•

指定纸带•

55/175/275g接触压力•

适用:阳极膜,印刷字体,烤漆面等的耐磨耗性

RCA耐磨耗仪

线性磨耗试验机•

磨耗测试(CS-10).•

耐刮痕测试•

钢丝绒磨耗•适用於阳极膜产品

第13页，共24页，2023年，2月20日，星期四1.5金相显微组织1.5.1显微分析目的

材料性质与其组织有密不可分的关系:•预测及研判材料可能之特性,如材质判定;•发生破坏的可能原因,如各种失效分析;•表面及内部缺陷观察,如锡球内部空洞;•制程改善&验证.

1.5.2观察和评估项目

•结晶组织•晶粒大小

•介在物•析出组织

•镀层组织•形貌观察第14页，共24页，2023年，2月20日，星期四1.5.3显微组织测试之仪器精密切割机研磨抛光机热镶埋机a切割:b镶埋:c研磨:d拋光:e腐蚀:第15页，共24页，2023年，2月20日，星期四1.5.3显微组织测试仪器及功能经前处理好的金相试片置於金相显微镜下,将调整焦距使图像清晰,以适当的放大倍率,观察其组织.(放大倍率50~1000X)金相显微镜第16页，共24页，2023年，2月20日，星期四1.5.3显微组织缺陷观察实例锡球空洞铝合金镭射点焊第17页，共24页，2023年，2月20日，星期四1.6扫描电子显微镜+能谱仪1.6.1仪器配置参数․型号

SEM(HITACH,S-3700N)+

EDS(OXFORD,INCA)

․技术参数放大倍數:5~300,000X

解析度:3nm

分析元素范围:Be(4)~U(92)

最大样品尺寸:300mm

分析对象:固体样品,如金属/塑胶/生物样品等.第18页，共24页，2023年，2月20日，星期四1.6拉伸试验定义：测定材料在单向静拉伸力作用下强度与塑性指标的力学性能试验。应用学科：材料科学技术（一级学科）；材料科学技术基础（二级学科）；材料科学基础（二级学科）；材料的表征与测试（二级学科）第19页，共24页，2023年，2月20日，星期四拉伸试验是指在承受轴向拉伸载荷下测定材料特性的试验方法。利用拉伸试验得到的数据可以确定材料的弹性极限、伸长率、弹性模量、比例极限、面积缩减量、拉伸强度、屈服点、屈服强度和其它拉伸性能指标。从高温下进行的拉伸试验可以得到蠕变数据。金属拉伸试验的步骤可参见ASTME-8标准。塑料拉伸试验的方法参见ASTMD-638标准、D-2289标准（高应变率）和D-882标准（薄片材）。ASTMD-2343标准规定了适用于玻璃纤维的拉伸试验方法；ASTMD-897标准中规定了适用于粘结剂的拉伸试验方法；ASTMD-412标准中规定了硬橡胶的拉伸试验方法。钢筋高速拉伸试验

第20页，共24页，2023年，2月20日，星期四（－）低碳钢拉伸试验1.准备试件。用刻线机在原始标距范围内刻划圆周线（或用小钢冲打小冲点），将标距内分为等长的10格。用游标卡尺在试件原始标距内的两端及中间处两个相互垂直的方向上各测一次直径，取其算术平均值作为该处截面的直径，然后选用三处截面直径的最小值来计算试件的原始截面面积A。（取三位有效数字）。2.调整试验机。根据低碳钢的抗拉强度σb和原始横截面面积估算试件的最大载荷，配置相应的摆锤，选择合适的测力度盘。开动试验机，使工作台上升10mm左右，以消除工作台系统自重的影响。调整主动指针对准零点，从动指针与主动指针靠拢，调整好自动绘图装置。3.装夹试件。先将试件装夹在上夹头内，再将下夹头移动到合适的夹持位置，最后夹紧试件下端。4.检查与试车。请实验指导教师检查以上步骤完成情况。开动试验机，预加少量载荷（载荷对应的应力不能超过材料的比例极限），然后卸载到零，以检查试验机工作是否正常。5.进行试验。开动试验机，缓慢而均匀地加载，仔细观察测力指针转动和绘图装置绘出图的情况。注意捕捉屈服荷载值，将其记录下来用以计算屈服点应力值σS,屈服阶段注意观察滑移现象。过了屈服阶段，加载速度可以快些。将要达到最大值时，注意观察“缩颈”现象。试件断后立即停车，记录最大荷载值。第21页，共24页，2023年，2月20日，星期四6.取下试件和记录纸。7.用游标卡尺测量断后标距。8.用游标卡尺测量缩颈处最小直径d1。低碳