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金屬與冶金測試 · Metalurji

化學成分

ASTM E415(碳鋼和低合金鋼中的火花 AES)ASTM E1251(鋁及其合金中的火花 AES)EN 10204(金屬產品檢驗文件)ISO 17025 下的實驗室方法驗證
金屬與冶金測試 實驗室工作

化學成分是什麼?

化學成分分析確定金屬的組成元素及其比例。最常見的方法是火花光學發射光譜法(OES):樣品表面產生的火花激發元素,每種元素以自己的特徵波長發射光,強度與濃度成正比。

化學成分的目的

目的是驗證材料是否真正符合其聲明的合金牌號。不正確的材料使用是導致焊接裂縫、意外腐蝕和強度損失等後果的最常見原因。

化學成分適用於哪些產品?

  • 鋼鐵及不銹鋼製品
  • 鋁和銅合金
  • 鑄件
  • 焊接填充材料
  • 來料驗收檢驗

化學成分應用於哪些行業?

金属汽車航太能源機械製造

與化學成分相關的標準

  • ASTM E415(碳鋼和低合金鋼中的火花 AES)
  • ASTM E1251(鋁及其合金中的火花 AES)
  • EN 10204(金屬產品檢驗文件)
  • ISO 17025 下的實驗室方法驗證

化學成分的測試條件

方法
火花直讀光譜儀;必要時以 ICP-OES 或燃燒法測定碳/硫
表面
測量面經過磨削;去除氧化物、染料和油污
校准
使用符合材料矩陣的經過認證的參考材料
重複
不同點的多次測量和平均值

化學成分的測試設備

  • 火星光發射光譜儀
  • 碳硫分析儀(燃燒法)
  • 樣品表面準備研磨裝置
  • 認證參考物質集
  • 氬氣供應系統

化學成分的樣品要求

  • 必須取樣以代表批次或生產運作。
  • 必須說明樣品描述、材料類型和生產方向(如果有)。
  • 要應用的標準和任何客戶規範必須與樣品一起提供。
  • 測試可能具有破壞性;所需樣品數量必須提前確認。
  • 在運送過程中必須保護將要測試的表面。

化學成分的測試時程

樣品分析(包括表面處理)通常在同一工作天內完成。

化學成分的測試程序

  1. 1將樣品表面研磨並清潔。
  2. 2該儀器通過適當的矩陣程序和參考材料進行驗證。
  3. 3將樣品放置在測量台上。
  4. 4火花測量是在不同點進行的。
  5. 5如果需要,也可以透過燃燒法測量碳和硫。
  6. 6結果被平均。
  7. 7將成分與材料標準中的範圍進行比較。

化學成分的允收準則

方法標準定義了測試的執行方式,而不是結果必須是什麼。驗收限值來自材料或產品標準、客戶規範或相關法規;因此,本頁並未給出數字限制。

結果評估

將結果與材料聲明標準中的元素範圍進行比較。即使單一元素超出範圍也會改變材料等級;在這種情況下,材料實際符合哪個等級將單獨評估。

化學成分測試報告

  • 樣品描述、材料/產品資訊和批次號碼(如果有)
  • 樣品製備方法與條件
  • 適用的標準和測試條件
  • 使用的儀器和校準狀態
  • 測量結果和單位
  • 測量不確定度(如果需要)
  • A statement that the result applies only to the specimen submitted for testing

認證

EUROLAB 擁有 IAF 和 ILAC 多邊認可安排締約方認證機構獲得的國際認可認證,根據 ISO/IEC 17025 實驗室測試、ISO/IEC 17020 檢查和監督以及 ISO/IEC 17021-1 和 ISO/IEC 17065 系統和產品認證。該鏈條確保所發布的報告和證書在全球範圍內得到接受。

是否可以在認可範圍內提供此測試取決於您的產品和所採用的標準;由於認證是基於方法的,因此範圍在報價階段以書面形式確認。

範圍和授權

相關規定

  • 根據產品系列應用統一標準
  • EU 765/2008(市場監督與認證架構)
  • 相關產品法規與客戶規範

金屬與冶金測試 — 此測試領域涵蓋哪些內容?

以下段落說明 化學成分 測試所屬的領域;此測試本身的條件與允收標準列於上方各節。您產品專屬的範圍將在報價階段以書面確認。

金屬與冶金測試決定金屬或焊接接頭能承受的負載、破壞方式及內部結構。此族群的結果通常不是針對產品本身,而是針對材料的身分:鋼材是否真為所宣稱的等級、焊縫是否具備設計所預期的強度、鑄件是否含有不可接受的內部缺陷?

此領域的實務重要性源自一項事實:金屬零件很少是漸進式損壞的。塑膠零件會變形、老化、開裂,通常會有預兆。相對地,焊縫或緊固件往往在毫無預警下斷裂——尤其涉及疲勞與脆性斷裂時。因此在壓力設備、起重設備、結構鋼與管線等領域,材料測試是法規的要求,而非設計上的選擇。

此族群結合三類方法群組,各自回答不同的問題。機械測試量化材料在負載下的行為。非破壞性檢測在不損壞零件的情況下尋找缺陷。金相分析與化學分析則解釋材料為何呈現該行為——透過晶粒結構、相分布、夾雜物含量與合金成分來說明。

這些測試的允收標準幾乎從不來自測試標準本身,這正是理解此領域的關鍵。測試標準說明如何進行量測;可接受的數值則來自產品標準、材料等級或製造規範。ISO 6892-1 說明如何進行拉伸試驗;EN 10025 則說明該鋼材應具備多少 MPa 的降伏強度。閱讀報告時,判斷依據的是哪一項產品標準至關重要。

取樣在此領域是結果不可分割的一部分。取自同一爐次的兩個試片,可能因取樣方向與位置不同而得出不同數值;在軋製產品中,平行與垂直於軋延方向的試片會產生不同結果。因此產品標準也規範取樣位置與方向,報告必須記載此資訊。

此領域的方法群組

  • 機械測試

    拉伸、壓縮、彎曲、缺口衝擊(夏比)、硬度(布氏、維氏、洛氏)、疲勞、潛變與破壞韌性。這些以數值形式呈現材料在負載下的行為。

  • 非破壞性檢測

    射線檢測、超音波檢測、滲透檢測、磁粒檢測與目視檢測。在不損壞零件的情況下尋找表面與內部缺陷,是焊接製造不可或缺的步驟。

  • 金相分析

    試片製備、蝕刻與顯微檢驗。評估晶粒尺寸、相分布、夾雜物含量、滲碳深度與焊接熱影響區。

  • 化學分析

    以光學發射光譜儀與濕式化學驗證合金成分;材料等級的確認即透過此步驟完成。

  • 腐蝕行為

    鹽霧、孔蝕與縫隙腐蝕、晶間腐蝕測試。在不鏽鋼中,這些可作為熱處理品質的指標。

此領域常見混淆之處

  • 材料證書(如 EN 10204 3.1)並非測試報告,而是製造商的聲明。在關鍵應用中會進行獨立驗證,兩者不應混淆。
  • ASTM 與 ISO 拉伸試驗量測相同的物理量,但採用不同的試片幾何形狀;結果不被視為直接等同,實際採用哪一種以規格書要求為準。
  • 硬度與強度之間的換算表僅為近似值。以硬度推算降伏強度不足以作為材料允收的充分證據。
  • 在非破壞性檢測中,「未發現缺陷」並不代表沒有缺陷;可能存在低於該方法偵測極限的缺陷。報告必須註明所用方法與靈敏度等級。
  • 焊縫合格並不代表焊工或焊接程序已獲得資格認證;兩者是各自獨立的過程。

這些結果支持哪些決策

  • 驗證材料證書並允收進廠材料
  • 焊接製造核准;焊工與焊接程序資格認證
  • 壓力設備與結構構件的製造管制
  • 故障分析與現場損壞根本原因判定
  • 驗證熱處理與表面處理製程

相關測試

關於化學成分的常見問題

這和PMI一樣嗎?

不會。 PMI 是使用便攜式儀器執行的快速現場驗證,通常無法讀取碳。實驗室 OES 分析給出了完整的成分,且不確定性較低。

為什麼要單獨測量碳?

火花 OES 可能無法可靠地測量碳、硫和氮等輕元素。單獨的基於燃燒或聚變的分析儀用於這些元素。

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