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材料成分检验,Page 2,第七章 钢铁分析,钢的分类,01,钢号的表示方法,02,钢铁材料中各元素分析,04,06,铸铁的分类及其牌号表示方法,03,Page 3,7-1 钢的分类,一、钢铁材料 纯金属及其合金经熔炼加工制成的材料称为金属材料，金属材料通常又分为黑色金属和有色金属两类。黑色金属是指铁、铬、锰及它们的合金，通常称为钢铁材料。 钢铁材料包括钢、生铁、铁合金、铸铁及各种合金。 各类钢铁都是由铁矿石及其它辅助原料在高炉、转炉等经冶炼而成的成品,Page 4,Page 5,二、钢材的分类 钢是指含碳量低于2%的铁碳合金，其成分除铁、碳外，还含有少量硅、锰、硫、磷等杂质元素。 合金钢还含有合金元素。 一般工业用钢含碳量不超过1.4%。,Page 6,钢的分类方法有： （1）按化学成分分类： 碳素钢和合金钢两类。 碳素钢：工业纯铁（含碳0.04%) 低碳钢（含碳0.25%) 中碳钢（含碳0.250.60%) 高碳钢（含碳0.60%),Page 7,合金钢：低合金钢（合金元素小于5%） 中合金钢（合金元素5 10% ） 高合金钢（合金元素大于10%）,Page 8,（2）按品质分类： 普通钢（P0.045%, S 0.055%) 优质钢（P、S 0.040%) 高级优质钢（P0.035%, S 0.03%) （3）冶炼方法分类： 平炉钢、转 炉钢、电炉钢 （4）按脱氧程度分类： 沸腾钢（F）、镇静钢（Z）、 半镇静钢（b),Page 9,(5)按用途分类： 结构钢：建筑、工程、机械制造用钢 工具钢：量具、刃具用钢 特殊性能钢：耐热、耐酸、电工等用钢,Page 10,7-2 钢号的表示方法,根据国家标准钢铁产品牌号表示方法（GB221-2000）之规定： （1）钢铁产品牌号采用汉语拼音字母、化学元素符号、阿拉伯数字相结合的表示方法。 （2）一般汉语拼音表示名称、用途等，元素符号表示化学成分，数字表示含量或代号。 如：T8MnA(含碳0.8%的高锰高级优质工具钢）,Page 11,常见几类重要的钢铁产品表示方法：(P108) 普通碳素钢：A、B、C 等。如：A3F 优质碳素结构钢：如05F、40Mn 碳素工具钢：T 易切削钢：Y 合金结构钢：40CrVA 不锈钢：0Cr13,Page 12,7-3 铸铁的分类及其牌号表示方法,一、生铁的分类 含碳量高于2%的铁碳合金称为生铁。 按用途分为两类： （1）炼钢生铁：含硅低含硫高，质硬而脆，断口呈白色，也叫白口铁。 （2）铸造生铁：含硅高而硫低，质软而韧，断口呈灰色，也叫灰口铁。,Page 13,二、铸铁分类： 按断口颜色分类：灰口、白口、麻口等三类。 按化学组成分类：普通铸铁和合金铸铁等。 按使用性能分类：灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、特殊性能铸铁。 三、铸铁牌号表示方法 (P109),Page 14,7- 4 钢铁材料中各元素分析,一、碳的测定：燃烧-气体容积法(气体容量法) 碳元素作用：含量增加，钢铁的硬度和强度都会增加，而韧性和塑性却变差。 燃烧-气体容积法是目前国内外广泛采用的标准方法。本法成本低，有较高的准确度，测得结果是总碳量的绝对值。其缺点是要求有较熟练的操作技巧，分析时间较长，对低碳试样测定误差较大。,Page 15,方法原理 试样在12001300的高温O2气流中燃烧，钢铁中的碳被氧化生成CO2： C + O2 = CO2 4Fe3C + 13O2 = 4CO2 + 6Fe2O3 Mn3C +3O2 = CO2 + Mn3O 3FeS +5O2 = Fe3O4 +3SO2 3MnS + 5O2= Mn3O4 + 3SO2,Page 16,生成的CO2与过剩的O2经导管引入量气管，测定容积，然后通过装有KOH溶液的吸收器，吸收其中的CO2 CO2十2KOH = K2CO3十H2O 剩余的O2再返回量气管中，根据吸收前后容积之差，得到CO2的容积，据此计算出试样中碳的质量分数。,Page 17,硫的干扰及消除 在高温O2气流中燃烧时，试样中硫也转化为SO2，如果生成的SO2，在吸收前未能除去，同样被KOH溶液吸收，干扰碳的测定。常用MnO2、AgVO3除去混合气体中的SO2,Page 18,Page 19,二、钢铁中硫的作用与测定 1. 钢铁中硫的来源： （1）来源：主要由焦炭或原料矿石引入 （2）形态：主要以MnS或FeS状态存在 2. 作用：硫是钢铁的有害元素，能使钢铁产生“热脆性”，降低钢铁的力学性能，影响钢件的使用寿命。,Page 20,原因：为什么产生热脆性？ FeS的熔点较低，最后凝固，夹杂于钢铁的晶格之间。当加热压制钢铁时，FeS熔融，钢铁的晶粒失去连接作用而脆裂。 钢中硫含量一般低于0.050%。可采用相应分析方法测定。,Page 21,3. 测定方法：燃烧碘酸钾容量法 将钢铁试样于12501350的高温下通氧燃烧，使硫全部转化为二氧化硫，将生成的二氧化硫用淀粉溶液吸收，用碘酸钾标准溶液滴定至浅蓝色为终点: 燃烧：4FeS + O2 = 2Fe2O3 + 4SO2 3MnS +5O2 = Mn3O4 + 3SO2 吸收：SO2 + H2O= H2SO3 滴定：KIO3 +5KI +6HCl = 3I2 + 6KCl + 3H2O H2SO3 + I2 + H2O = H2SO4 + 2HI,Page 22,三、钢铁中硅的作用与测定 1. 钢铁中硅的来源： （1）来源 ：由原料矿石引入或脱氧及特殊需要而有意加入 （2）形态：主要以硅化物：FeSi 、MnSi 、FeMnSi存在。在高碳硅钢中，一部分以SiC存在，也有时形成固熔体或硅酸盐。,Page 23,2. 对钢铁性能影响 (1)增强钢的硬度、弹性及强度，提高抗氧化能力及耐酸性、耐腐蚀性。 (2)促使C以游离态石墨状态，使钢高于流动性，易于铸造 (3)硅含量过高使钢塑性和韧性降低。,Page 24,3. 测定方法：亚铁还原硅钼兰光度法,Page 25,Page 26,四、钢铁中锰的作用与测定 1. 钢铁中锰的来源： （1）来源：少量由原料矿石中引入，主要是在冶炼钢铁过程中作为脱硫脱氧剂有意加入。 （2）形态 ：钢铁中主要以MnS状态存在，如S含量较低，过量的锰可能组成Mn3C、MnSi、FeMnSi等，成固熔体状态存在。,Page 27,2. 作用 锰是钢铁中常见重要的合金元素，几乎存在于一切钢铁之中。 在冶炼中，由于锰和氧、硫有较强的结合能力，故为良好的脱氧和脱硫剂，能降低钢的热脆性，提高热加工性能。 锰固溶于铁中，可提高其硬度和强度，同时使具有较好的热处理性。 做为合金，过量的锰会使钢晶粒粗化，增加回火脆敏性，降低钢的塑性和韧性。,Page 28,3. 测定方法：亚砷酸钠-亚硝酸钠容量法 方法原理 (NH4)2S2O8+2AgNO3+2H2O=2NH4NO3+Ag2O2+2H2SO4 2Mn(NO3)2+5Ag2O2+6HNO3=2HMnO4+10AgNO3+2H2O 5Na3AsO3+2HMnO4+4HNO3=2Mn(NO3)2+5Na3AsO4+3H2O 5NaNO2+2HMnO4+4HNO3=2Mn(NO3)2+5NaNO3+3H2O,Page 29,三、钢铁中磷的作用与测定 1. 钢铁中磷的来源： （1）来源：由原料中引入，有时也为了特殊需要而有意加入 （2）形态：以Fe2P或Fe3P状态存在 2. 作用：磷是钢铁的有害元素，能使钢铁产生“冷脆性”， Fe3P质硬，降低钢铁的塑性和韧性，降低力学性能，影响钢件的使用寿命。但磷可提高钢铁的拉伸强度和抗腐蚀性。,Page 30,3. 测定方法： 方法原理,Page 31,综上所述： C是确定钢铁型号及用途主要指标 Si、Mn直接影响钢铁性能控制一定量 S、P有害成分 严格降至一定量 因此，对于生铁和碳素钢：C、Si、Mn、S、P等五种元素的含量是冶金或机械工业化验室日常生产控制的重要指标，对钢铁的生产和选用等具有重要意义。,Page 32,四、Cr：（二苯偕肼光度法）： 试样用高氯酸（或硝酸、王水等）溶解，加热至冒高氯酸烟，将低铬氧化为高价（六价），在磷酸存在下（消除Fe干扰），以二苯偕肼与六价铬反应生成紫红色铬合物，借此进行光度测定（=540nm）。二苯偕肼：又名二苯卡巴肼，二苯氨基脲，二苯碳酰二肼。 五、Cu：（BCO光度法） 试样经酸溶解后，高氯酸冒烟，以柠檬酸掩蔽Fe等，在PH8.5-9.3的氨性介质中，BCO与Cu形成蓝色络合物，借此进行Cu测定。（=600nm）。 六、Mo：（氯化亚锡还原硫氰酸盐光度法） 试样经酸溶解后，冒烟，以氯化亚锡作还原剂（Mo六价五价），五价钼与硫氰酸盐形成橙红色络合物，测其吸光度。求得Mo含量。（=460nm）。530nm六价铬有干扰。 七、Ni：（碘丁二酮肟光度法） 试样经酸溶解后，在有氧化剂存在（碘）的氨性价质中，Ni与丁二酮肟生成一种可溶性的酒红色的络合物，借此进行光度测定。求得Ni含量。（=530nm） 八、Ti（变色酸光度法） 试样经酸分解，在有抗坏血酸存在的酸性介质中（PH=3），四价Ti与变色酸形成棕色络合物，借此进行光度法测定求得Ti含量。（=500nm） 变色酸：1，8二羟基萘3，6二磺酸钠 九、V：（二苯胺磺酸钠光度法） 试样经酸溶解后，微冒烟处理将钒氧化至五价，以亚砷酸钠选择性地还原六价铬，在mol/2 H2SO4、mol/2 H3PO4介质中，五价钒氧化二苯胺磺酸钠使呈紫色，借此进行光度测定而求得V含量。（=500nm） 十、Re；（偶氮光度法） 试样经酸，双氧水溶解，用草酸掩蔽Fe，四价Ti，用CPA与稀土形成蓝绿色络合物，借此进行光度测定而求得Re含量。（=650nm）。 稀土元素：指原子序数从57-71镧系元素以及钇（Y）。 十一、Mg：（CPA光度法） 试样经酸分解后，用二乙醇胺掩蔽Fe、Al、Ti、Sn、Zr等多价金属离子，EDTAPb掩蔽Fe、Ni、Co、Re元素。邻菲罗啉与乙二胺掩蔽Mn、Ni、Co、Zn、Cu等离子，在PH10的硼砂缓冲溶液中，CPA与Mg2+形成1：1的紫红色络合物，借此进行光度测定而求得Mg含量（=576nm）。,第八章 仪器设备的保障（补充）,8-1 设备通用工作条件 一、环境要求 1. 整洁：避免灰尘影响光学系统以及导致电路接触不良 2. 合适的温湿度范围：必要时配备空调、除湿机 3. 防腐蚀 4. 防震 二、仪器使用：配备稳压电源；定期通电；定期校验；做好相关记录,8-2 分光光度计 一、日常维护与保养 1. 工作环境 a. 使用温度（535），相对湿度85% b. 工作台应平稳，避免强烈或持续震动 c. 避免强光直晒 d. 远离强风、强电磁场、发生高频波的环境 e. 电压AC220V 22V，频率50Hz 1Hz，带稳压器最佳 f. 场所内避免腐蚀性气体,2.日常维护与保养 （1）光源 使用过程中尽量减少开关次数；关闭光源灯后间隔5min后再重新开启；连续使用时间不要超过3h（需长时间使用期间间歇30min）；亮度减弱或不稳定时更换新灯；窗口和灯外壁避免沾污（可用无水乙醇擦拭）。 （2）单色器 波长选择是应缓慢调节，不可用力过猛；定期更换单色器盒干燥剂（硅胶）。 （3）检测器 不可长时间曝光；避免强光照射；避免受潮积尘。,（4）吸收池 避免长时间盛放腐蚀性物质（F-、SnCl2、H3PO4等）溶液；使用后立即用水冲洗干净或适当溶剂洗涤，有色污染物可用3mol/L HCl+无水乙醇（1+1）浸泡洗涤。 （5）整机 完成工作后及时切断电源，盖上防尘罩；长期不使用时应定期通电，每次2030min；定期校验。 二、常见故障分析与排除（P73）,三、仪器调教 1.光源灯的更换与调整 （1）更换：移去上盖，旋去灯室盖板螺钉打开灯室，松开螺钉2换上新灯。 （2）调整 将波长盘旋至580nm处，点亮钨灯，用一张白纸放入吸收室，可观察到橙黄色的光斑。 调节钨灯高度，使光斑相对于狭缝对称分布，紧固螺钉2。 松开调节螺母6，将光斑调至右图所示状态，然后紧固螺母6，盖上灯室盖，调节完毕。,1-卤钨灯 2-灯泡固定螺钉 3-瓷灯座 4-导线 5-定位固定螺钉 6-调节螺母,光斑理想状态,2. 波长准确度校验 利用随机配置的镨钕滤光片校验（吸收峰528.7nm、807.7nm） 具体操作： 开机，取出样品室遮光物，预热20nim。 调节0钮，显示器显示“000.0”。（调节钮应置于“”档，样品室应开盖） 在吸收池位置插入一白色纸板，将波长旋钮从720nm向420nm方向慢慢转动，观察出口狭缝射出的光线颜色是否与波长调节钮指示的波长相符（黄色光波长范围较窄，将波长调节在580nm处应出现黄光）。若相符，说明仪器分光系统基本正常；若相差甚远，应调节灯泡位置。 取出白纸板，在吸收池假内垂直放入镨钕滤光片，以空气为参比，盖上样品室盖，将波长调至500nm，选择“100”档（此时显示器显示“100.0”）。推入镨钕滤光片读取吸光度值。以后在500540nm波段每隔2nm测一次吸光度值（注意：每改变一次波长，应重新调节空气参比的100.0）。记录各吸光度值和相应的波长盘标示值标示，作A-曲线，查出最大吸收波长。,结果及对策 如果最大吸收波长的标示值与镨钕滤光片的标准值相差3nm以下（即528.7nm3nm内），则波长标示值准确度符合要求，无需处理。 最大吸收波长标示值与标准值相差310nm，则可卸下波长手轮，旋松波长刻度盘上3个定位螺钉，将刻度指示置于特征吸收波长值，固定螺钉即可。（注意：不同型号仪器调节方式略有区别，可按仪器说明书调整。） 若最大吸收波长标示值与标准值相差10nm以上，则需重新调整卤钨灯位置再校准，仍然相差较大，则需送修。 紫外区波长校正：在吸收池滴入1d苯，盖上吸收池盖，待苯挥发充满后按以上操作。,3. 吸收池配套性检验 具体步骤： 检查吸收池透光面是否有划痕或斑点，各面是否有裂纹，有则不予使用。 在吸收池毛面上口附近用铅笔标上进光方向并编号。用水冲洗23次若沾污较严重可用（1+1）HCl 浸泡23 min，再立即用水冲洗。 分别在待检验吸收池中装入3/4满蒸馏水放入吸收池架。 设置波长600nm，打开样品室盖，调节0钮，显示器显示“000.0”。 盖上样品室盖，将参比吸收池推入光路，调节100钮，使显示器显示为“100.0”，反复调节直至稳定。 依次将被测吸收池推入光路，记录透射比。 结果及对策：若两吸收池透射比偏差0.5% ，则可配套使用。否则不予采用。,4. 透射比正确度的检验 测量具尖锐吸收峰的化合物时，需对透射比进行校正。通常用硫酸铜、硫酸钴铵、重铬酸钾（应用最普遍）等标准溶液。 具体操作： 配制质量分数(K2Cr2O7) = 0.006000% K2Cr2O7（即在25时，1000g溶液含K2Cr2O7 0.06000g）的0.001mol/L HClO4标准溶液。以0.001mol/L HClO4溶液为参比，用1cm的石英吸收池分别在235nm、257nm、313nm、350nm波长处测定透射比，查标准值表比较。 结果及判定：按各仪器级别不同，透射比差值在0.82.5内。,(K2Cr2O7) = 0.006000% K2Cr2O7溶液透射比（25 ）,8-3 光电直读光谱仪,一、日常维护与保养 1. 激发台火花室 视试样情况定期清理火花室黑色积灰；每激发一个试样用专用电极刷清理电极；电极尖端钝化后应及时更换新电极（注意别忘记用量规调整电极的距离）。 2. 透镜（某些