夹杂物及其物相分析ppt课件

单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版副标题样式 *1 李桂荣 第17章 夹杂物及物相分析 1 研究意义 Date2第17章 夹杂物及物相分析 日本新日铁的洁净钢价格为707美元/吨； 我国先进企业的洁净钢价格仅为295美元/吨； 我国2002年的钢产量已超过2亿吨。 提高钢水洁净度的潜在效益： 摘自钟云波报告 Date3第17章 夹杂物及物相分析 钢帘线要求氧化铝夹杂的尺寸小于1015m 才能满足拉丝过程中20万米无断头的要求！ 摘自钟云波报告 Date4第17章 夹杂物及物相分析 钢帘线 是橡胶骨架材料中发展最为广阔的产品，也是 在金属制品中生产难度最大的产品。国际合成 纤维标准化局在标准中对钢帘线的定义是：“ 由两根或两根以上钢丝组成的，或者由股与股 的组合或者由股与丝的组合所形成的结构。” 钢帘线是随子午线轮胎的发展而发展的，而子 午线轮胎又是汽车工业和高速公路的伴生物。 传统的斜交胎是用纤维（如聚酯帘线、尼 龙帘线）作为骨架材料的，而新型的子午线轮 胎则选用钢帘线作为骨架材料。 Date5第17章 夹杂物及物相分析 Date6第17章 夹杂物及物相分析 1.概念:金属材料中第夹杂物广义解释为金属内部 含有的全部微细组织结构,包括氧化物、硫化物 和氮化物等 2.夹杂物中钢中的作用 3.弊端：夹杂破坏 了金属基体的连续性，其聚集 地方容易引起应力集中，降低力学及加工性能。 4.夹杂造成材料和应力的不均匀性，常常会降低钢 的耐蚀性及电磁性能。 夹杂物概念 Date9第17章 夹杂物及物相分析 3. 夹杂物分类表: 分类依据 化学组成简单氧化物Al2O3、SiO2 复杂氧化物(CaO.Al2O3)、硅酸盐及硅酸盐玻璃等 化学稳定性不稳定夹杂：易溶于稀酸，甚至在水中就能溶解 稳定夹杂物：只有在热浓酸中才能溶解 塑性脆性夹杂 (2)氧化亚锰MnO：为形状不规则的颗粒，成群分布，变形后略有伸长，明 场灰暗，暗场呈绿宝石色，偏光下呈绿色； (3)氧化铝Al2O3:是钢中最常见夹杂，大多呈规则细小颗粒，有时也呈六角 形，成群分布，热轧后呈链状易脱落，明场暗黑带紫暗场透明淡黄，偏光 下各向异性较弱。 (4)氧化硅SiO2：多为不规则多角形粗大颗粒，分布无规律，明场明黑，暗 场透明呈黄色，偏振光下各向异性。玻璃质氧化硅呈球状，明场中黑色中 心部分有亮点，偏振光下有“黑十字“物征； 资料1 Date31第17章 夹杂物及物相分析 2硫化物：为塑性夹杂，易沿变形方向伸长，其中FeS未变形时呈 球状或共晶状，在晶粒内呈网状分布，色亮黄，不透明，偏振光下 明显的各向异性；MnS轧后呈椭圆或条状，各向同性。 3硅酸盐：它是S醯和各种金属氧化物一起形成的组织和结构和最 复杂的夹杂物，多呈橄榄状、灰色. 4氮化物：当钢中含有与氮亲和力强的元素如Ti、V等，易形成氮 化物夹杂。氮化物多有规则的几何外形，一般为棱形且成群分布， 不易变形，明场呈黄、紫、玫瑰红等，暗场不透明，偏振光下多为 各向异性 资料2 Date32第17章 夹杂物及物相分析 方法二、显微硬度法 根据夹杂物的力学性质对其进行检测，包括硬度和塑性 。夹杂物的力学性质是鉴定夹杂一个依据，不同夹杂硬 度塑性不同。 用显微硬度计测量夹杂硬度。设备原理图见下图。方法 是在一定载荷下把细小金刚石锥体压入夹杂中，根据压 痕的大小来计算硬度值。 判断方法： u从硬度高低估计夹杂塑性：硬度高，压入深，塑性好 ； u从样品变形后形态估计硬度和塑性：硬而脆的夹杂沿 着形变方向呈点链状分布；塑性好的夹杂沿着形变方向 呈长条状，比如MnS 示例:蔷薇辉石组成的玻璃质硅酸盐夹杂&纯SiO2很难区分 ，但因为前者硬度小，就可以得到检验 Date33第17章 夹杂物及物相分析 硬度测试原理图 Date34第17章 夹杂物及物相分析 方法三、化学腐蚀法 是根据夹杂物的化学性质 来鉴别夹杂的 方法 用各种化学试剂（比如无机酸、有机酸、碱和盐等溶液 ）在一定时间、温度条件下对样品的抛光面进行浸蚀， 根据不同夹杂在化学试剂作用下的不同表现，达到鉴别 的目的。 依据：不稳定夹杂容易被腐蚀，浸蚀方法一般从显露不 稳定夹杂的试剂开始，以后逐步过渡到更强腐蚀性的试 剂。常用侵蚀剂和配制方法见教材P401 使用扫描电镜SEM观察深腐蚀样品夹杂物形貌，进一步 鉴别夹杂类型；对于复相夹杂中不同两相，可以用酸腐 蚀掉一相保留另外一相。 Date35第17章 夹杂物及物相分析 方法四、岩相法 借助岩相显微镜，在透射光下测定透明矿物的物理光 学性质来鉴定和研究矿物的一种方法。 注明1：在透射光下测定透明矿物的物理化学性质，是 鉴定和研究物相的一种重要方法，可以测得其他方法 得不到的数据。比如某些夹杂在金相显微镜下呈现出 相近颜色，不容易区分，但在岩相法中可以根据其在 干涉色，折光率和光性上的显著差别加以区分。 经常和X射线分析配合来确定物相的结构式。 补偿器有石膏、云母和石英楔子等。 插上不同部件，可以构成单偏光、正交偏光和锥 光。 弊端：和金相法相似，只能鉴别已知名称特征的透明 矿物，经常要 和X射线衍射相配合，用以确定物相的 化学组成和结构式。 具体知识参见钢铁冶金岩相学和矿相学，1982年 ，任允芙 Date36第17章 夹杂物及物相分析 小结 鉴定夹杂的方法： 1.大小形状，用金相显微镜 2.力学性质，用显微硬度计 3.化学性质，用化学腐蚀方法 Date37第17章 夹杂物及物相分析 4 相的提取和分离 （1）化学法酸溶法、卤素法、相的化 学分离 （2）电解法 （3）物理法 Date38第17章 夹杂物及物相分析 研究目的： 为了分析研究材料中夹杂物含量、化 学成分和晶体结构等，有时需要在夹 杂相不遭到破坏，成分不改变条件下 ，把它们从材料中提取分离出来，然 后加以研究和分析。 Date39第17章 夹杂物及物相分析 （1）化学法 根据金属和夹杂相在溶剂中的溶解度不同，使得金属氧化成 离子状态并且转入溶液中，而夹杂残留在沉淀中，达到提取 和分离的目的 方法一、酸溶法 l操作：用酸溶解屑末状钢样，水浴加热或采用冷酸溶解， 待试样完全溶解后过滤，提取相就保留在沉淀中。 l常用的酸有：盐酸、硫酸、硝酸和磷酸及其混合酸，都属 于无机酸。一般地，硝酸法适用于低碳钢和大部分的低合金 钢；硫酸法适用于高碳钢、铬钢、镍铬钢等硝酸难于溶解的 试样 l影响提取结果的因素有：酸的种类、温度和浓度 l使用范围：该方法一般用于提取Al2O3、TiO2和SiO2等稳定 夹杂物。因为该方法的缺点是样品中金属样在酸中溶解的同 时，某些不稳定夹杂，甚至某些硅酸盐也会被溶解或部分溶 解。 Date40第17章 夹杂物及物相分析 方法二、卤素法 用I2（Br2）的醇(或盐溶液），溶解碎屑状金属样品，使得 夹杂相以残渣形式分离出来，与酸溶法相比，它能够分离 出一些不太稳定的析出相。 小结 前两种方法的缺陷：是将金属完全溶解，所有不溶的 夹杂混合在一起 Date41第17章 夹杂物及物相分析 方法三 相的化学分离 各种相对同一种化学试剂的稳定性不同，因而可以被溶剂 有选择地溶解掉一些相，保留另一些相，达到不同夹杂提 取分离的目的。 分离用的化学试剂可以是液体。固体或气体。 分离方法的选择要根据分离目的和对象的化学性质，通过 实验来确定。 示例：见下页表 Date42第17章 夹杂物及物相分析 Date43第17章 夹杂物及物相分析 通过电化学的阳极(样品）溶解，使得全部金属 以离子形式转入溶液，而提取相按照稳定性的 不同，在一定的电解条件下全部分离出来，以 残渣的形式收集。比化学法操作简单。 常用的主要电解法是恒电位单液电解法，特点 是阴阳两级电解液组成相同。电解装置见图。 电解效果好坏取决于电解条件，主要指电解液 组成（包括PH值）、电流密度、电解温度和时 间等。条件的选择依据是试样的化学成分和提 取相的性质 2 电解法 Date44第17章 夹杂物及物相分析 电解条件的选择： 高的电解电位区域和电解电流 缓冲性要强，抑制电离物的水解 电解液稳定并不和提取相发生作用，常用电解液见表 电解液(1) (2)电流密度和时间：密度过小，电解时间长；电流密度过 大，阳极溶解太快和发生氧气猛烈析出，电极表面过热电解 液温度迅速上升，造成阳极电化学过腐蚀，金属颗粒剥落。 提取不稳定夹杂多采用较低的电流密度，防止提取相被溶解 。 Date45第17章 夹杂物及物相分析 适当低的电解液温度：温度高， 溶液中的离子容易被氧化，而且 电解液PH不稳定，胶袋易破裂， 提取相损失很大。 一般水溶液电解液温度不过 30，非水电解液不过15，提 取不稳定相多控制在510以 下。 阳极材料：要求在电解液中稳定 ，使用寿命长，导电性好(不锈 钢或者铜） 胶袋：用来收集电解残渣，装阳 极电解液，起着隔离膜的作用 。 电解效果好坏的判断依据： 电解后试样表面要光滑 阳极沉淀中没有金属卫立剥落 提取相不受腐蚀 实验结果重复性好 Date46第17章 夹杂物及物相分析 胶袋：用来收集 电解残渣，装阳 极电解液，起着 隔离膜的作用 1阳极材料：要求 在电解液中稳 定，使用寿命 长，导电性好 (不锈钢或者 铜） Date47第17章 夹杂物及物相分析 资料3 常用电解液 Date48第17章 夹杂物及物相分析 小结 化学法和电解法等相分离法虽然有可能分离的 比较完全，但因接触化学试剂，许多情况下提 取相或多或少要受到侵蚀。 Date49第17章 夹杂物及物相分析 （3） 物理分离法 物理分离法是根据提取相的物理性质差异（如相对密度、电磁 性等）的差异达到分离的目的，常用的有重力分离法和磁性分 离法。一些物质的相对密度和磁化率见表。 Date50第17章 夹杂物及物相分析 本章小结 1.金属中的夹杂物可广泛定义为金属内部含有的不必须 微细组织结构，夹杂物在材料中的作用有两面性。 2.物相分析的任务在于正确鉴定和表征材料中各种相的 形态、结构和组成。按物相分析的内容分为：形貌分 析、成分分析和结构分析三种。 3.显微分析方法中有四种：金相法、显微硬度法、化学 腐蚀法和岩相法 4.相提取和分离的方法有三种：化学提取法（包含酸溶 法和卤素法）、电解法、物理分离法（包含重力分离 法和磁力分离法） Date51第17章 夹杂物及物相分析 本章测试 物相分析的任务是什么? 显微分析方法有哪四种? 相提取和分离的方法有哪三种? 给你一个金属样,你采用什么方法来 鉴定它的成分?比如有什么元素,什么 物质,什么结构等? Date52第17章 夹杂物及物相分析 作业参考答案 一个金相试样，要检测微观组织，需要经过以下步骤 ： 1制样。切取一定尺寸的块体