金屬材料樣品制備質(zhì)量控制的重要性

羅哲文

伴隨科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步，各個(gè)領(lǐng)域?qū)饘俨牧系母咝阅苄枨笠苍诓粩嘣黾?，使得性能質(zhì)量比較好的金屬材料在一些行業(yè)的應(yīng)用日益擴(kuò)大。目前，我國對樣品制備的研究有很多，但是針對金屬材料樣品制備質(zhì)量控制的研究非常少，使得金屬材料樣品制備工作開展期間質(zhì)量工作的不到位，造成金屬材料樣品制備質(zhì)量達(dá)不到要求，這不僅會(huì)造成金屬材料的浪費(fèi)，還會(huì)影響金屬材料樣品制備工藝的發(fā)展。通過此次介紹了金屬材料樣品制備質(zhì)量控制，希望對今后金屬材料樣品制備質(zhì)量控制的研究有所幫助。

1 金屬材料樣品制備質(zhì)量控制的重要性

金屬材料在我國經(jīng)濟(jì)、生產(chǎn)以及生活中占據(jù)重要的地位，尤其是工程材料的主體就是金屬材料，而且其性能對人們生產(chǎn)生活的財(cái)產(chǎn)和生命有著很多的影響，所以要重視金屬材料的質(zhì)量控制，從而提高金屬材料的使用性能。一般，在金屬材料的所有性能試驗(yàn)中，由于化學(xué)處理、生產(chǎn)工藝以及熱處理等各種冶金因素確定的基本材料特性結(jié)果一定要真實(shí)地表述，并且不能受到試驗(yàn)因素的限制。金屬材料樣品檢測和采集樣品之間的橋梁就是樣品制備，而且金屬材料樣品制備加工質(zhì)量會(huì)對金屬材料性能試驗(yàn)結(jié)果造成很大程度的影響。如若金屬材料樣品制備的工藝、質(zhì)量與國家相關(guān)性能檢測制度的標(biāo)準(zhǔn)存在差距，就算樣品制備在其他方面有突出優(yōu)點(diǎn)，也會(huì)使得測試的結(jié)果不具備真實(shí)性，檢測所呈現(xiàn)出來的材料特性不能準(zhǔn)確代表金屬材料的特性。測試數(shù)據(jù)是否真實(shí)可靠，主要取決于所制備樣品的代表性和可靠性。因此，采集具有代表性的樣品，制備嚴(yán)格符合標(biāo)準(zhǔn)要求的樣品，保持原始材料的特性，是保證檢測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和真實(shí)性的前提和前提。針對金屬材料樣品制備的我國制定了明確的檢驗(yàn)、管理和制作標(biāo)準(zhǔn)，如《檢測和校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室能力認(rèn)可準(zhǔn)則》、《實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可準(zhǔn)則在金屬材料檢測實(shí)驗(yàn)室的應(yīng)用說明》。由此可以看出，金屬材料樣品制備加工的工藝技術(shù)只有符合國家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，才能保障樣品制備檢驗(yàn)的準(zhǔn)確和科學(xué)合理，同時(shí)也是實(shí)驗(yàn)室必要強(qiáng)調(diào)和認(rèn)可的內(nèi)容。

2 當(dāng)前國內(nèi)外金屬樣品制備發(fā)展情況

當(dāng)前國外內(nèi)實(shí)驗(yàn)室人員已經(jīng)認(rèn)識(shí)認(rèn)識(shí)到了金屬材料樣本品制備質(zhì)量控制的重要性，也對相關(guān)環(huán)節(jié)提高了重視。我國一些大型鋼鐵集團(tuán)技術(shù)人員，如，萊鋼、鞍鋼等，已經(jīng)對在取樣過程中能夠干擾金屬材料力學(xué)能的因素進(jìn)行了研究，如，取樣方向、方位、方式、尺寸、制備方法等。寶鋼集團(tuán)的一位教授還對金屬材料樣品制備和力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果之間的關(guān)系在自己著作的《理化檢測——物理分冊》中進(jìn)行了詳細(xì)介紹，還對不同標(biāo)準(zhǔn)的金屬材料樣品制備進(jìn)行了詳細(xì)講解和闡述。此外，我國質(zhì)檢機(jī)構(gòu)的一些員工也對金屬材料樣品制備檢測進(jìn)行了研究，還提出了自己的想法，同時(shí)還針對金屬樣品管理闡述自己的意見。即便當(dāng)前很多企業(yè)技術(shù)人員已經(jīng)對這方面問題進(jìn)行了深入研究，質(zhì)量檢測機(jī)構(gòu)也在這方面投入了大量人力物力和財(cái)力，而且意識(shí)到金屬材料樣品制備重大作用的人員數(shù)量也變得越來越多，但當(dāng)前只是更多人建議對樣品檢測前的驗(yàn)收過程進(jìn)行規(guī)范，還有一些人提議對相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行進(jìn)一步完善，在實(shí)際工作中并沒有在這方面采取更多措施?，F(xiàn)在我國已經(jīng)有項(xiàng)目組在樣品加工制備方面獲得了不錯(cuò)效果，基本實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化管理，但依然存在一些不足之處，如，加工圖譜量不太大只能用于常規(guī)鋼板理學(xué)性能樣品圖，想要實(shí)現(xiàn)對多種樣品制備圖的應(yīng)用還需要在資料整理方面進(jìn)行提升，同時(shí)還要在圖紙繪制方面進(jìn)行更深入研究，還有很多工作需要進(jìn)行。另外，這種自動(dòng)化管理只能依靠特定系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，并不能移植到其他系統(tǒng)當(dāng)中，嚴(yán)重缺乏通用性。針對這些不足，相關(guān)技術(shù)人員將會(huì)繼續(xù)進(jìn)行研究，以便可以進(jìn)一步完善金屬材料樣品檢測制備圖庫，同時(shí)可以研發(fā)出通用的樣品制備信息管理系統(tǒng)，這樣就可以為金屬材料樣品制備提供技術(shù)支持，還可以為自動(dòng)化管理的實(shí)現(xiàn)提供堅(jiān)實(shí)保障。

3 金屬材料樣品制備要求和質(zhì)量控制問題

3.1 金屬材料樣品制備要求

第一，金屬材料的具備的力學(xué)性能不可以在樣品制備加工期間受到影響，而且在消除由剪切或是沖壓加工所產(chǎn)生的部分硬化材料時(shí)需要采用機(jī)加工的方法。通常不能小于鋼產(chǎn)品的厚度或是直徑。另外最小不能小于20 毫米。第二，當(dāng)需要在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下進(jìn)行熱處理時(shí)，確保樣品的熱處理系統(tǒng)與樣品坯料的熱處理系統(tǒng)相同。第三，在取樣過程中，應(yīng)對取樣產(chǎn)品、樣品、坯料和樣品進(jìn)行標(biāo)記，以便始終能夠識(shí)別取樣位置和方向。第四，取樣方向應(yīng)在產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或供需雙方協(xié)議中規(guī)定。

3.2 金屬材料樣品制備質(zhì)量控制問題

目前，不同類型的產(chǎn)品在取樣方向、位置、大小數(shù)據(jù)、方法、形狀以及精準(zhǔn)度的要求等方面的需求不同，所以在進(jìn)行金屬材料樣品制備的工藝技術(shù)也存在很大的差別。即使是一種類型不同規(guī)格的樣品，在加工樣品制備時(shí)取樣的位置和各方面的數(shù)據(jù)也存在差異，所以說，金屬材料樣品的制備工藝具有非常強(qiáng)的專業(yè)性。參與金屬材料樣品制備的工作人員工作期間如若沒有對樣品制備過程和標(biāo)準(zhǔn)要求非常熟練的人員檢查成品質(zhì)量，只是根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定加工樣品制備同樣很容易出現(xiàn)質(zhì)量問題，甚至制作工藝方面出現(xiàn)錯(cuò)誤。另外，當(dāng)前，大部分金屬材料實(shí)驗(yàn)室會(huì)通過外加工的方式完成樣品制備的工作，主要由于樣品制備過程具有獨(dú)特的特點(diǎn)以及行業(yè)之間存在差異，使得實(shí)驗(yàn)室無法獨(dú)立完成制備工作。但是，在金屬材料樣品制備完成后，對其是否符合標(biāo)準(zhǔn)是難以通過驗(yàn)收準(zhǔn)確判斷的，比方說，無法從完工后的樣品中看出取樣位置是否準(zhǔn)確。如果不能嚴(yán)格控制金屬材料樣品制備的質(zhì)量就會(huì)出現(xiàn)很多的問題?，F(xiàn)如今，金屬材料樣品制備質(zhì)量控制存在的問題主要有以下方面。

第一，實(shí)驗(yàn)室中沒有完整的樣品制備信息系統(tǒng)，所以，向外加工一方提供樣品需要的數(shù)據(jù)、信息以及樣式時(shí)只能采用語言表述和簡單的圖紙來傳達(dá)要求。基于此情況，想要確保金屬材料樣品制備的質(zhì)量是完全依靠樣品加工人員的接收能力和自身素質(zhì)和技術(shù)。而且在樣品制備期間如果出現(xiàn)雙方溝通問題，或是不同產(chǎn)品大量生產(chǎn)時(shí)，就很容易造成金屬材料制備加工與標(biāo)準(zhǔn)要求不相符的情況發(fā)展。比方說，在樣品制備期間溫度與濕度不足。配置的樣品不均勻等。第二，實(shí)驗(yàn)室對樣品制備流程的管控失去了有效性。通過外加工完成樣品制備期間，實(shí)驗(yàn)室對整個(gè)制備過程無法嚴(yán)格按照自己的質(zhì)量管理體系實(shí)施，使得樣品制備質(zhì)量無法有效控制。比方說，人為誤差等。同時(shí)樣品制備過程的信息流傳和結(jié)算都是人工完成，這樣會(huì)導(dǎo)致樣品制備誤差高、效率低。另外，在整個(gè)檢驗(yàn)周期中樣品制備占據(jù)的時(shí)間比較大，通常占據(jù)50%到80%不等，如果想要準(zhǔn)時(shí)的預(yù)測出樣品制備周期，就要保證檢驗(yàn)任務(wù)可以在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成。第三，目前，外加工樣品是在實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)以外進(jìn)行的，所以，實(shí)驗(yàn)室的管理系統(tǒng)對樣品制備成本的核算、雙方關(guān)系的協(xié)調(diào)以及應(yīng)對突發(fā)事件等工作沒有制約性，使得樣品制備管理難度增加，還會(huì)大大提高管理的成本。

4 金屬材料樣品制備質(zhì)量控制的完善方案

由上述看出，金屬材料樣品制備期間由于依靠人工的程度比較大、要求具有較高的專業(yè)性以及對樣品制備的要求高等方面的原因，使得金屬材料樣品制備質(zhì)量控制實(shí)施比較困難。為了能夠有效地控制金屬材料樣品制備質(zhì)量，相關(guān)部門和技術(shù)人員可以構(gòu)建能夠全面涵蓋所有產(chǎn)品與項(xiàng)目樣品制備的標(biāo)準(zhǔn)圖庫資源的信息管理系統(tǒng)。在有人要求加工樣品制備時(shí)，可以在金屬材料樣品信息管理系統(tǒng)中將符合標(biāo)準(zhǔn)的樣品取樣位置、取樣形狀、取樣的大小數(shù)據(jù)等內(nèi)容形成圖紙，然后具體加工技術(shù)人員在根據(jù)圖紙進(jìn)行樣品制備。同時(shí)還要注意進(jìn)行內(nèi)部抽檢，其實(shí)則就是由檢測人員從完成檢測的樣品中抽取一些樣品，按照加工流程制備和正樣一起進(jìn)行檢測，從而對樣品加工質(zhì)量得出最終結(jié)論。另外，在金屬材料樣品制備加工完成之后，有關(guān)樣品的費(fèi)用結(jié)算、流轉(zhuǎn)程序以及其他方面的調(diào)整等都可以通過信息管理系統(tǒng)自動(dòng)完成，這樣可以有效地降低金屬材料樣品制備過程各個(gè)環(huán)節(jié)的人為失誤，同時(shí)還可以降低樣品制備的工作量。

第一，在建設(shè)金屬材料樣品制備圖庫資源時(shí)，要嚴(yán)格地按照力學(xué)、加工工藝、金相、腐蝕技術(shù)等將符合標(biāo)準(zhǔn)的圖紙繪制出來，這樣才能合理檢測。

力學(xué)性能試驗(yàn)：一般，金屬制品生產(chǎn)期間會(huì)使用很多種加工工藝，很容對金屬本身的特性造成破壞，所以要在金屬樣品制備完成后對其進(jìn)行力學(xué)檢測，這樣可以清楚地了解金屬樣品制備的真實(shí)情況。由于金屬制品的特性不同在進(jìn)行力學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要依據(jù)實(shí)際情況選擇合適的實(shí)驗(yàn)方法。如果樣品制備是薄板樣式，可以以拉伸實(shí)驗(yàn)為主，還要使用通用夾。但是薄板樣品使用通用夾容易打滑，所以使用橡膠條纏繞試樣兩端，這樣可以正常拉伸樣品。另外，在對萬能材料進(jìn)行力學(xué)實(shí)驗(yàn)，可以使用高精度的載荷傳感器，利用該裝置可檢測樣品所受的載荷，所獲得的數(shù)據(jù)可以作為金屬樣品質(zhì)量分析的依據(jù)。如若對金屬樣品檢測時(shí)只考慮最大荷重，這樣的方法可以獲得較為準(zhǔn)確是結(jié)果。另外，高精度的載荷傳感器如果沒有配置光柵傳感器，就會(huì)降低對金屬材料的感知程度，使得力學(xué)實(shí)驗(yàn)無法精準(zhǔn)地掌握材料的變化特點(diǎn)，為避免該問題，可為試驗(yàn)機(jī)加裝光柵傳感器，若不具備增設(shè)光柵傳感器的條件，應(yīng)轉(zhuǎn)為拉伸試驗(yàn)，以作為壓縮試驗(yàn)的取代形式。

金相顯微組織分析：在金屬材料樣品制備的金相分析中，樣品制備、腐蝕和顯微組織識(shí)別是最常見的問題。尤其是在材質(zhì)較軟的金屬材料樣品制備過程中，樣品最常見的問題是試樣表面的不平整、劃傷和拖尾，這通常是由于試樣的應(yīng)力不均勻以及砂紙和拋光布的選擇不當(dāng)造成的。另外，腐蝕方式、腐蝕時(shí)間和環(huán)境溫度或直接影響腐蝕效果，而腐蝕效果會(huì)對金屬制備后期組織鑒別與和判斷正常進(jìn)行產(chǎn)生影響。在金屬材料的組織鑒別期間，在條件允許的情況下，檢測人員可以進(jìn)行顯微組織成分分析和硬度試驗(yàn)，通過綜合試驗(yàn)可以準(zhǔn)確測定金屬材料的顯微組織。為了避免金相組織分析中出現(xiàn)的各種問題，有必要逐步提高專業(yè)人員的技能水平，使檢測人員在日常檢測工作中不斷積累經(jīng)驗(yàn)，提高金相檢測能力。

腐蝕檢測：目前，金屬材料樣品制備的腐蝕過程大多都具有電化學(xué)性質(zhì)，因此對電化學(xué)測試技術(shù)成為金屬腐蝕檢測的重要技術(shù)手段。

第二，加強(qiáng)金屬材料樣品制備的性能檢測。在對金屬材料樣品制備進(jìn)行性能測試時(shí)，主要采用化學(xué)物理和有機(jī)化學(xué)的方法測試，以此來確定金屬材料本身是否有損傷。譬如說，在對樣品進(jìn)行壓痕硬度測試時(shí)，測試的方法不同會(huì)得到不一樣是壓痕硬測試值，目前，常常使用的測試方法為玻璃壓痕硬度測試。中國壓痕質(zhì)量控制中心的布氏硬度計(jì)測量方法特別適用于硬度相對較低的金屬材料的壓痕測量。洛氏法特別適用于硬度相對較高的固體金屬，如鋼和合金鋼。維氏和納特測量法主要用于測定低硬度材料的硬度含量。所以說，在對金屬材料樣品制備質(zhì)量測試時(shí)，要選擇合適的測試方法，這樣才能為樣品需求人員提供最為準(zhǔn)確的質(zhì)量檢測資料。

第三，解讀產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，細(xì)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，完成每一個(gè)產(chǎn)品的測試，每一個(gè)性能測試，并與取樣方向、取樣位置、取樣方法、樣品形狀、樣品尺寸、樣品精度、表面狀態(tài)、樣品制備方法等相對應(yīng)，同時(shí)還要與圖紙之間產(chǎn)生關(guān)聯(lián)。

第四，建立完善的獨(dú)立的金屬材料樣品制備信息管理系統(tǒng)。通過系統(tǒng)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)樣品制備功能、核準(zhǔn)功能、費(fèi)用核算功能等。

樣品制備功能：樣品制備是業(yè)務(wù)管理員實(shí)施項(xiàng)目設(shè)計(jì)流程中的主要內(nèi)容之一。在樣品制備期間主要是由業(yè)務(wù)人員調(diào)試啟動(dòng)，之后的樣品制備狀態(tài)是自動(dòng)生成。根據(jù)業(yè)務(wù)人員對金屬材料樣品制備需求的確認(rèn)信息依照報(bào)告的編號(hào)登錄每個(gè)制備加工流程。頁面上呈現(xiàn)的各種信息都是金屬樣品制備的相關(guān)信息和檢驗(yàn)信息，這些信息是完全被限制更改的。

樣品制備核準(zhǔn)功能：金屬樣品的制品業(yè)務(wù)工作者在完成制備流程之后，就會(huì)直接進(jìn)入到樣品的制品工作中，這是在流程匯總出現(xiàn)的全部信息都會(huì)被系統(tǒng)固定住，所以可以對系統(tǒng)進(jìn)行操作的人員都不能對數(shù)據(jù)進(jìn)行改變。而且在金屬材料樣品制備狀態(tài)被信息管理系統(tǒng)鎖定后，金屬材料樣品制備的檢測管理人員根據(jù)已制備狀態(tài)講的是否與標(biāo)準(zhǔn)和要求一致時(shí)，如果提出讓業(yè)務(wù)人員重新根據(jù)數(shù)據(jù)制定樣品制備信息。業(yè)務(wù)人員需要重新根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求制定樣品制備，然后檢測員在申請復(fù)檢。

費(fèi)用核算功能：根據(jù)實(shí)驗(yàn)室管理的基本要求和特點(diǎn)，授權(quán)簽字人同意出具檢驗(yàn)報(bào)告后，就可視為樣品制備業(yè)務(wù)的檢驗(yàn)過程已經(jīng)完成。通常在檢驗(yàn)報(bào)告的批準(zhǔn)完成就是對樣品制備的檢驗(yàn)工作可以結(jié)束，但是不包括樣品的儲(chǔ)存、儲(chǔ)存或清洗。在此基礎(chǔ)上，樣品制備流程中的費(fèi)用核算被設(shè)計(jì)成由檢驗(yàn)報(bào)告批準(zhǔn)觸發(fā)。中央數(shù)據(jù)庫確定與核查有關(guān)的業(yè)務(wù)信息，包括批準(zhǔn)報(bào)告的人和批準(zhǔn)報(bào)告的日期，這需要過渡到完成。在樣品制備過程頁面，操作負(fù)責(zé)人選擇完成狀態(tài)，并可根據(jù)控制報(bào)告編號(hào)記錄測試操作的制備成本。最后，業(yè)務(wù)主管根據(jù)制備檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)報(bào)送的制備費(fèi)和業(yè)務(wù)管理員的預(yù)算按照樣品制備記錄一一進(jìn)行比對。

5 結(jié)論

綜上所述，在對金屬材料樣品制備進(jìn)行質(zhì)量控制，主要是為了可以確保樣品制備檢測數(shù)據(jù)的真實(shí)和準(zhǔn)確。當(dāng)前，金屬材料檢測實(shí)驗(yàn)的難題就是樣品制備流程。這是由于金屬材料樣品制備的大多數(shù)都是外配業(yè)務(wù)，樣品制備加工技術(shù)人員在于需求人員進(jìn)行相關(guān)信息溝通與加工過程很容易出現(xiàn)問題，這樣會(huì)造成樣品制備質(zhì)量無法達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。如若金屬材料樣品制備各項(xiàng)流程中出現(xiàn)偏差，就會(huì)導(dǎo)致對樣品制備的檢測數(shù)據(jù)失去有效性和價(jià)值，另外，樣品制備過程中信息量巨大，極易導(dǎo)致人為失誤和偏差。因此，想要有效地控制金屬材料樣品制備質(zhì)量就需要大大提高樣品制備過程的自動(dòng)化程度，完成樣品處理光譜的自動(dòng)分配、樣品遷移和時(shí)間管理，大大減少誤差和工作量，確保金屬材料檢測實(shí)驗(yàn)室的廣泛應(yīng)用，將帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。