第六章金属材料分析

1、第六章第六章 金属材料分析金属材料分析一、金属材料的分类一、金属材料的分类 黑色金属：铁、锰、铬及其合金。黑色金属：铁、锰、铬及其合金。 如钢铁、铁合金。如钢铁、铁合金。 有色金属：铜、铝、锌、铅、镁、镍等金属及其合金。有色金属：铜、铝、锌、铅、镁、镍等金属及其合金。 如铜合金、铝合金、镁合金等。如铜合金、铝合金、镁合金等。 钢铁钢铁 钢铁是铁与钢铁是铁与C(碳碳)、Si(硅硅)、Mn(锰锰)、P(磷磷)、S(硫硫)以及以及少量的其他元素所组成的合金。其中除少量的其他元素所组成的合金。其中除Fe(铁铁)外，外，C的含量的含量对钢铁的机械性能起着主要作用，故统称为对钢铁的机械性能起着主要作用，故

2、统称为铁碳合金铁碳合金。 第一节第一节 概概 论论( (2)2)合金钢合金钢 为了改善钢的性能，在冶炼碳素钢的基础上，加入一些为了改善钢的性能，在冶炼碳素钢的基础上，加入一些合金元素而炼成的钢，如合金元素而炼成的钢，如铬钢、锰钢、铬锰钢、铬镍钢铬钢、锰钢、铬锰钢、铬镍钢等。等。按其合金元素的总含量，可分为：按其合金元素的总含量，可分为：1)1)低合金钢低合金钢-合金元素的总含量合金元素的总含量5%5%2)2)中合金钢中合金钢-合金元素的总含量合金元素的总含量5%5%10%10%3)3)高合金钢高合金钢-合金元素的总含量合金元素的总含量10%10%1.1.按化学成分分按化学成分分 (1)(1)碳

3、素钢碳素钢 指钢中除指钢中除铁、碳铁、碳外，还含有少量外，还含有少量锰、硅、硫、磷锰、硅、硫、磷等元素等元素的铁碳合金，按其含碳量的不同，可分为：的铁碳合金，按其含碳量的不同，可分为：1)1)低碳钢低碳钢-含碳量含碳量wc0.25%wc0.25%2)2)中碳钢中碳钢-含碳量含碳量wc0.25%wc0.25%0.60%0.60%3)3)高碳钢高碳钢-含碳量含碳量wc0.60%wc0.60%2.2.按钢的品质分按钢的品质分 (1)(1)普通钢普通钢 钢中含杂质元素较多，含硫量钢中含杂质元素较多，含硫量wswsO.05%O.05%，含磷量，含磷量wpwp0.045%0.045%，如碳素结构钢、低合金

4、结构钢等。，如碳素结构钢、低合金结构钢等。 (2)(2)优质钢优质钢 钢中含杂质元素较少，含硫及磷量钢中含杂质元素较少，含硫及磷量wsws、wpwp，一般均，一般均0.04%0.04%，如优质碳素结构钢、合金结构钢、碳素工具钢和，如优质碳素结构钢、合金结构钢、碳素工具钢和合金工具钢、弹簧钢、轴承钢等。合金工具钢、弹簧钢、轴承钢等。 (3)(3)高级优质钢高级优质钢 钢中含杂质元素极少，含硫量钢中含杂质元素极少，含硫量wswsO.03%O.03%，含磷量，含磷量w wP P0.035%0.035%，如合金结构钢和工具钢等。，如合金结构钢和工具钢等。 高级优质钢在钢号后面，通常加符号高级优质钢在钢

5、号后面，通常加符号“A”A”或汉字或汉字“高高”，以便识别。，以便识别。3.3.按钢的用途分按钢的用途分 (1)(1)结构钢结构钢 1) 1)建筑及工程用结构钢建筑及工程用结构钢-简称建造用钢。简称建造用钢。 如碳素结构钢、低合金钢、钢筋钢等。如碳素结构钢、低合金钢、钢筋钢等。2)2)机械制造用结构钢机械制造用结构钢-用于制造机械零件的钢。用于制造机械零件的钢。 一般是优质钢或高级优质钢，主要有优质碳素结构钢、一般是优质钢或高级优质钢，主要有优质碳素结构钢、合金结构钢、易切结构钢、弹簧钢、滚动轴承钢等。合金结构钢、易切结构钢、弹簧钢、滚动轴承钢等。 (2)(2)工具钢工具钢 用于制造各种工具，

6、如碳素工具钢、合金工具钢、高速用于制造各种工具，如碳素工具钢、合金工具钢、高速工具钢等。如按用途又可分为刃具钢、模具钢、量具钢。工具钢等。如按用途又可分为刃具钢、模具钢、量具钢。 (3)(3)特殊钢特殊钢 具有特殊性能的钢，如不锈耐酸钢、耐热不起皮钢、高具有特殊性能的钢，如不锈耐酸钢、耐热不起皮钢、高电阻合金、耐磨钢、磁钢等。电阻合金、耐磨钢、磁钢等。 (4)(4)专业用钢专业用钢 如汽车用钢、农机用钢、航空用钢、化工机械用钢、锅如汽车用钢、农机用钢、航空用钢、化工机械用钢、锅炉用钢、电工用钢、焊条用钢等。炉用钢、电工用钢、焊条用钢等。4.4.按制造加工形式分按制造加工形式分 (1)(1)铸钢

7、铸钢 铸钢主要用于制造一些形状复杂、难于进行锻造或切削铸钢主要用于制造一些形状复杂、难于进行锻造或切削加工成形而又要求较高的强度和塑性的零件加工成形而又要求较高的强度和塑性的零件 (2)(2)锻钢锻钢 锻钢件的质量比铸钢件高，能承受大的冲击力作用，塑锻钢件的质量比铸钢件高，能承受大的冲击力作用，塑性、韧性和其他方面的力学性能也都比铸钢件高。性、韧性和其他方面的力学性能也都比铸钢件高。 (3)(3)热轧钢热轧钢 大部分钢材都是采用热轧轧成的，热轧常用来生产型钢、大部分钢材都是采用热轧轧成的，热轧常用来生产型钢、钢管、钢板等大型钢材。钢管、钢板等大型钢材。 (4)(4)冷轧钢冷轧钢 与热轧钢相比，

8、冷轧钢的特点是表面光洁、尺寸精确、与热轧钢相比，冷轧钢的特点是表面光洁、尺寸精确、力学性能好。冷轧常用来轧制薄板、钢带。力学性能好。冷轧常用来轧制薄板、钢带。 (5)(5)冷拔钢冷拔钢 冷拔钢的特点是：精度高、表面质量好。冷拔主要用于冷拔钢的特点是：精度高、表面质量好。冷拔主要用于生产钢丝，圆钢、六角钢和钢管。生产钢丝，圆钢、六角钢和钢管。1 1. .紫铜紫铜 紫红色，纯铜密度为紫红色，纯铜密度为8.968.96熔点为熔点为10831083具有优良的具有优良的导电性导电性导热性导热性延展性和耐蚀性。延展性和耐蚀性。 TU1 TU1、TU2TU2、TUPTUP等无氧铜；等无氧铜； T0 T0、T

9、1T1、T2T2等一般纯铜。等一般纯铜。2.2.黄铜黄铜 以锌作主要添加元素的铜合金以锌作主要添加元素的铜合金具有美观的黄色具有美观的黄色统称统称黄铜。铜锌二元合金称普通黄铜或称简单黄铜。三元以上的黄铜。铜锌二元合金称普通黄铜或称简单黄铜。三元以上的黄铜称特殊黄铜或称复杂黄铜。黄铜称特殊黄铜或称复杂黄铜。 H62H62、H65H65、H68H68、H85H85、H96H96等；等； HPb59-1 HPb59-1、HSn70-1HSn70-1、HAl77HAl772 2、HMn58-2HMn58-2、HNi56HNi563 3、 HSi80-3HSi80-3等。等。铜及铜合金铜及铜合金 以纯铜

10、为基体加入一种或几种其他元素所构成的合金。以纯铜为基体加入一种或几种其他元素所构成的合金。3.3.青铜青铜 原指铜锡合金原指铜锡合金后除黄铜后除黄铜白铜以外的铜合金均称青铜白铜以外的铜合金均称青铜 QAl5 QAl5、QAl7QAl7、QMn5QMn5、QAl9-2QAl9-2、QAl10-3-1.5QAl10-3-1.5、QSi1-3QSi1-3、QSi3-1QSi3-1、QSn6.5-0.1QSn6.5-0.1、QSn4-0.3QSn4-0.3、QSn6-6-3QSn6-6-3等。等。4.4.白铜白铜 以镍为主要添加元素的铜合金。铜镍二元合金称普通白以镍为主要添加元素的铜合金。铜镍二元合金

11、称普通白铜铜加有锰加有锰铁铁锌锌铝等元素的白铜合金称复杂白铜。铝等元素的白铜合金称复杂白铜。 B5B5、B10B10、B19B19、B30B30，BFe10BFe101 11 1、BFe30-1-1 BFe30-1-1 铝及铝合金铝及铝合金 以铝为基体的合金总称。主要合金元素有铜、硅、镁、以铝为基体的合金总称。主要合金元素有铜、硅、镁、锌、猛，次要合金元素有镍、铁、钛、铬、锂等。锌、猛，次要合金元素有镍、铁、钛、铬、锂等。铝合金分两大类：铝合金分两大类： 铸造铝合金，在铸态下使用；铸造铝合金，在铸态下使用； 变形铝合金，能承受压力和进一步加工，力学性能高变形铝合金，能承受压力和进一步加工，力学

12、性能高于铸态。于铸态。 第二节第二节 分析方法分析方法一、气体元素分析一、气体元素分析 、五大有害元素、五大有害元素 C C、H H、O O、N N、S S C C、S S 高温熔融非水滴定法高温熔融非水滴定法 电导法电导法 高频红外吸收法高频红外吸收法 光电直读光谱法光电直读光谱法 O O 裂纹分析法裂纹分析法 脉冲红外分析法脉冲红外分析法 N N、H H 电导法电导法 磷的分析磷的分析1 1、钒钼黄光度法、钒钼黄光度法原理原理 试样用氧化性酸溶解，再以氧化剂氧化呈正磷酸，在试样用氧化性酸溶解，再以氧化剂氧化呈正磷酸，在酸性溶液中，正磷酸与钒酸铵、钼酸铵作用生成黄色络合酸性溶液中，正磷酸与钒

13、酸铵、钼酸铵作用生成黄色络合物进行光度测定。物进行光度测定。 测定范围：大于测定范围：大于0.050.05 磷化物酸偏磷酸磷化物酸偏磷酸 偏磷酸氧化剂正磷酸偏磷酸氧化剂正磷酸 2 2H H3 3POPO4 4+22(NH+22(NH4 4) )2 2MoOMoO4 42NH2NH4 4VOVO3 346HNO46HNO3 3 P P2 2O O5 5V V2 2O O5 522MoO22MoO3 346NH46NH4 4NONO3 326H26H2 2O O要点要点 氧化剂：氧化剂： 高锰酸钾高锰酸钾 过氧化氢过氧化氢 高氯酸冒烟高氯酸冒烟 干扰及消除：干扰及消除： 硅：氢氟酸处理硅：氢氟酸处

14、理 铬：亚硫酸还原铬：亚硫酸还原 MnMn: :亚硝酸钠还原亚硝酸钠还原 基体及其他元素：补偿法消除，即取相同试液不发色基体及其他元素：补偿法消除，即取相同试液不发色作为空白参比液作为空白参比液 标准曲线的绘制标准曲线的绘制 标样标样 标准溶液：需考虑基体元素的影响。标准溶液：需考虑基体元素的影响。 2 2、钼蓝光度法钼蓝光度法原理原理 试样用氧化性酸溶解，再以氧化剂氧化呈正磷酸，在酸性试样用氧化性酸溶解，再以氧化剂氧化呈正磷酸，在酸性溶液中，正磷酸与钼酸铵作用生成黄色磷钼杂多酸络合物，以溶液中，正磷酸与钼酸铵作用生成黄色磷钼杂多酸络合物，以氯化亚锡将其还原为钼蓝后进行光度测定。氯化亚锡将其还

15、原为钼蓝后进行光度测定。 测定范围：小于测定范围：小于0.050.05 磷化物酸偏磷酸磷化物酸偏磷酸 偏磷酸氧化剂正磷酸偏磷酸氧化剂正磷酸2 2H H3 3POPO4 4+22(NH+22(NH4 4) )2 2MoOMoO4 444HNO44HNO3 3P P2 2O O5 522MoO22MoO3 344NH44NH4 4NONO3 322H22H2 2O OH H3 3POPO4 4+12H+12H2 2MoOMoO4 4=H=H7 7P(MoP(Mo2 2O O7 7) )6 610H10H2 2O O 钼黄还原剂钼蓝钼黄还原剂钼蓝硅的测定硅的测定 1 1、重量法、重量法 测定范围：测

16、定范围：0.050.055.05.0 原理原理 试样用混合酸溶解，加盐酸反复蒸干使硅酸脱水，过滤试样用混合酸溶解，加盐酸反复蒸干使硅酸脱水，过滤洗涤后灼烧成二氧化硅。用硫酸及氢氟酸处理，使硅生成四洗涤后灼烧成二氧化硅。用硫酸及氢氟酸处理，使硅生成四氟化硅灰法去除，由除硅前后的重量差计算硅的百分含量。氟化硅灰法去除，由除硅前后的重量差计算硅的百分含量。 3244222210002234SOOHSiFSOHHFSiOOnHSiOOnHSiOCo2、氟硅酸钾滴定法：、氟硅酸钾滴定法： 氢氧化钾和硝酸钾高温熔融，先用热水浸溶，再用硝氢氧化钾和硝酸钾高温熔融，先用热水浸溶，再用硝酸溶解，加入氟化钾，搅拌

17、，过滤；将沉淀连同滤纸酸溶解，加入氟化钾，搅拌，过滤；将沉淀连同滤纸 至于至于500毫升锥形瓶中，加入氯化钾乙醇溶液，以酚酞为指示剂，毫升锥形瓶中，加入氯化钾乙醇溶液，以酚酞为指示剂，用氢氧化钠标液滴定至微红色，加入用氢氧化钠标液滴定至微红色，加入100毫升沸水，再以氢毫升沸水，再以氢氧化钠标液滴至微红色为终点氧化钠标液滴至微红色为终点 。 测定范围：大于测定范围：大于1.0 SiO2-K2SiF64HF4NaOH3、钼黄光度法、钼黄光度法 原理：试样用酸溶解，硅生成可溶性的硅酸，在微酸性溶原理：试样用酸溶解，硅生成可溶性的硅酸，在微酸性溶液中，硅酸与钼酸铵作用生成黄色络合物。于分光光度计波长

18、液中，硅酸与钼酸铵作用生成黄色络合物。于分光光度计波长430nm处测量吸光度。处测量吸光度。 测定范围：大于测定范围：大于0.1 H4SiO4+12H2MoO4 H8Si(Mo2O7)6+10H2O 要点：要点： 试样的溶解：酸溶解温度不宜过高，并不断补充水分，以防试样的溶解：酸溶解温度不宜过高，并不断补充水分，以防脱水；脱水； 用氢氟酸溶样时，在不高于用氢氟酸溶样时，在不高于6060水浴中进行；水浴中进行； 在塑料或聚四氟乙烯烧杯中溶样；在塑料或聚四氟乙烯烧杯中溶样； 磷、砷的干扰：加入草酸破坏络离子；硅的金属性比磷和砷磷、砷的干扰：加入草酸破坏络离子；硅的金属性比磷和砷强，其络离子相对稳定

19、，不被破坏，但要快。强，其络离子相对稳定，不被破坏，但要快。 共存离子的干扰：不取试样同步进行，以此为空白液作参比。共存离子的干扰：不取试样同步进行，以此为空白液作参比。4、钼蓝光度法钼蓝光度法原理：原理： 试样用酸溶解，硅生成可溶性的硅酸，在微酸性溶液中，试样用酸溶解，硅生成可溶性的硅酸，在微酸性溶液中，硅酸与钼酸铵作用生成黄色络合物，用草酸破坏磷、砷所形硅酸与钼酸铵作用生成黄色络合物，用草酸破坏磷、砷所形成的络合物，立即用硫酸亚铁铵将硅钼黄还原为硅钼蓝，于成的络合物，立即用硫酸亚铁铵将硅钼黄还原为硅钼蓝，于分光光度计波长分光光度计波长630nm处测量吸光度。处测量吸光度。 测定范围：测定范

20、围：0.010.5H4SiO4+12H2MoO4 H8Si(Mo2O7)6+10H2OH8Si(Mo2O7)6+4FeSO4+2H2SO4 H8Si(Mo2O5)5+2Fe2(SO4)3+2H2O要点：同钼黄法要点：同钼黄法二、金属元素二、金属元素( (一一) )锰的测定锰的测定 1 1、硫酸亚铁铵滴定法硫酸亚铁铵滴定法 测定范围：大于测定范围：大于0.050.05 方法原理方法原理 试样以硫、磷、硝混酸溶样，并以硝酸银为催化剂，用试样以硫、磷、硝混酸溶样，并以硝酸银为催化剂，用过硫酸铵将锰氧化为高锰酸，冷至室温后以苯代邻氨基苯甲过硫酸铵将锰氧化为高锰酸，冷至室温后以苯代邻氨基苯甲酸为指示剂，

21、用硫酸亚铁铵标准溶液滴定。酸为指示剂，用硫酸亚铁铵标准溶液滴定。 OHSOFeSONHMnSOSOHFeSOSONHHMnOHNOSOHSONHHMnOOHOSNHNOMn234242444244244342424428224238)(5)(1027)(10245)( 528)( 5)(2要点：要点：(1)(1)硫酸亚铁铵的配置及标定硫酸亚铁铵的配置及标定 配置：配置：0.020.02mol/Lmol/L的硫酸溶液的硫酸溶液 标定：标定： 准确移取一定量的锰标准溶液，按分析方法进行测定；求准确移取一定量的锰标准溶液，按分析方法进行测定；求出硫酸亚铁铵标准溶液对锰的滴定度：出硫酸亚铁铵标准溶液对

22、锰的滴定度：( (2)2)磷酸的作用磷酸的作用 磷酸与生成的磷酸与生成的FeFe3+3+形成无色络离子形成无色络离子Fe(HPOFe(HPO4 4) )2 2 - -，降低了，降低了FeFe3+3+/Fe/Fe2+2+电对的电位，使滴定突跃范围变宽，便于选择指示剂。电对的电位，使滴定突跃范围变宽，便于选择指示剂。 同时，还消除了同时，还消除了FeClFeCl3 3黄色对终点色变的影响。黄色对终点色变的影响。 苯代邻氨基苯甲酸苯代邻氨基苯甲酸 指示剂：氧化态指示剂：氧化态 红色红色 还原态还原态 淡绿色淡绿色 )/(mLgVmT (4)(4)氧化剂氧化剂 过硫酸铵：煮沸条件下，氧化锰为七价；过硫

23、酸铵：煮沸条件下，氧化锰为七价； 硝酸铵：煮沸条件下，氧化锰为三价；硝酸铵：煮沸条件下，氧化锰为三价；(5)(5)氧化煮沸时间氧化煮沸时间 5 57 7分钟分钟 滴定温度滴定温度 室温室温计算计算100%mVTMn 2 2、亚砷酸钠亚硝酸钠滴定法、亚砷酸钠亚硝酸钠滴定法 原理同上原理同上 由于亚砷酸钠和亚硝酸钠与高锰酸的反应不是定量进由于亚砷酸钠和亚硝酸钠与高锰酸的反应不是定量进行，因此，溶液酸度、体积、滴定速度、锰含量的高低、行，因此，溶液酸度、体积、滴定速度、锰含量的高低、合金基体等，对结果都产生显著影响。合金基体等，对结果都产生显著影响。 3、过硫酸盐光度法、过硫酸盐光度法 原理同上，根

24、据生成的高锰酸的紫红色进行光度测定。原理同上，根据生成的高锰酸的紫红色进行光度测定。测定范围：测定范围：0.011.0 考虑有色金属的干扰和消除考虑有色金属的干扰和消除 ( (二二) )铜含量的测定铜含量的测定 1 1、硫代硫酸钠滴定法硫代硫酸钠滴定法 测定范围：测定范围：0.050.059696 原理原理 试样以酸溶解，氟化物掩蔽锑、铁等干扰离子，在试样以酸溶解，氟化物掩蔽锑、铁等干扰离子，在弱酸性溶液中，二价铜与碘化钾作用析出等量的碘，以弱酸性溶液中，二价铜与碘化钾作用析出等量的碘，以淀粉作指示剂，用硫代硫酸钠标准溶液滴定，间接测得淀粉作指示剂，用硫代硫酸钠标准溶液滴定，间接测得铜含量。铜

25、含量。64232223222232244)(2OSNaNaIOSNaIKNOIICuKINOCu要点要点 硫氰酸钾的作用：使生成的碘化亚铜沉淀变成硫氰酸硫氰酸钾的作用：使生成的碘化亚铜沉淀变成硫氰酸亚铜，消除沉淀对碘的吸附作用。亚铜，消除沉淀对碘的吸附作用。 氟化钠：掩蔽锑、铁等离子；氟化钠：掩蔽锑、铁等离子； 酸度的调节：先用氨水调至出现氢氧化铜沉淀，在以酸度的调节：先用氨水调至出现氢氧化铜沉淀，在以稀乙酸调至溶解后过量少许。稀乙酸调至溶解后过量少许。PHPH3.53.54.04.0 淀粉指示剂：在接近终点时加入。淀粉指示剂：在接近终点时加入。 计算计算 CuCuNaNa2 2S S2 2O

26、 O3 310006354. 0%mVCCu 2、草酰二肼光度法、草酰二肼光度法 测定范围：测定范围：0.0010.5 原理：原理： 试样以酸溶解，在乙醛存在下，调节试样以酸溶解，在乙醛存在下，调节PH9.19.5，铜与铜与草酰二肼生成有色络合物，于分光光度计波长草酰二肼生成有色络合物，于分光光度计波长540nm处测量处测量吸光度吸光度 3、铜试剂光度法（、铜试剂光度法（双环己酮草酰二腙双环己酮草酰二腙 BCO） 测定范围：测定范围：0.010.5 原理：原理： 试样溶解，在氨性溶液中，铜与铜试剂生成黄色络合试样溶解，在氨性溶液中，铜与铜试剂生成黄色络合物，物，460nm进行光度测定。进行光度测定。 锡的测定锡的测定 1 1、碘量法：碘量法： 测定范围：大于测定范围：大于0.50.5 原理：原理： 试样用盐酸及过氧化氢溶解，与盐酸介质中，在接触剂试样用盐酸及过氧化氢溶解，与盐酸介质中，在接触剂氯化汞存在下，用次磷酸钠将锡、铜全部还原为低价。亚铜氯化汞存在下，用次磷酸钠将锡、铜全部还原为低价。亚铜用硫氰酸钾沉淀后，以淀粉为指示剂，用碘标准溶液滴定。用硫氰酸钾沉淀后