金属材料成分检验全解

1、材料成份检验（补充与考前辅导）金属材料成分检验全解第1页第七章 钢铁分析钢分类01钢号表示方法02钢铁材料中各元素分析0406铸铁分类及其牌号表示方法032金属材料成分检验全解第2页7-1 钢分类 一、钢铁材料 纯金属及其合金经熔炼加工制成材料称为金属材料，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、锰及它们合金，通常称为钢铁材料。 钢铁材料包含钢、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、转炉等经冶炼而成成品3金属材料成分检验全解第3页4金属材料成分检验全解第4页二、钢材分类 钢是指含碳量低于2%铁碳合金，其成份除铁、碳外，还含有少许硅、锰、

2、硫、磷等杂质元素。 合金钢还含有合金元素。 普通工业用钢含碳量不超出1.4%。5金属材料成分检验全解第5页钢分类方法有： （1）按化学成份分类： 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%)6金属材料成分检验全解第6页合金钢：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%）7金属材料成分检验全解第7页（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

3、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)8金属材料成分检验全解第8页(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9金属材料成分检验全解第9页7-2 钢号表示方法 依据国家标准钢铁产品牌号表示方法（GB221-）之要求： （1）钢铁产品牌号采取汉语拼音字母、化学元素符号、阿拉伯数字相结合表示方法。 （2）普通汉语拼音表示名称、用途等，元素符号表示化学成份，数字表示含量或代号。 如：T8MnA(含碳0.8%高锰高级优质工具钢）10金属材料成分检验全解第10页常见几类主

4、要钢铁产品表示方法：(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：0Cr1311金属材料成分检验全解第11页7-3 铸铁分类及其牌号表示方法 一、生铁分类 含碳量高于2%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。12金属材料成分检验全解第12页二、铸铁分类： 按断口颜色分类：灰口、白口、麻口等三类。 按化学组成份类：普通铸铁和合金铸铁等。 按使用性能分类：灰铸铁、

5、可锻铸铁、球墨铸铁、特殊性能铸铁。三、铸铁牌号表示方法 (P109)13金属材料成分检验全解第13页7- 4 钢铁材料中各元素分析一、碳测定：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-气体容积法是当前国内外广泛采取标准方法。本法成本低，有较高准确度，测得结果是总碳量绝对值。其缺点是要求有较熟练操作技巧，分析时间较长，对低碳试样测定误差较大。14金属材料成分检验全解第14页方法原理 试样在12001300高温O2气流中燃烧，钢铁中碳被氧化生成CO2： C + O2 = CO2 4Fe3C + 13O2 = 4CO2 + 6Fe2O3

6、 Mn3C +3O2 = CO2 + Mn3O4 3FeS +5O2 = Fe3O4 +3SO2 3MnS + 5O2= Mn3O4 + 3SO215金属材料成分检验全解第15页 生成CO2与过剩O2经导管引入量气管，测定容积，然后经过装有KOH溶液吸收器，吸收其中CO2 CO2十2KOH = K2CO3十H2O 剩下O2再返回量气管中，依据吸收前后容积之差，得到CO2容积，据此计算出试样中碳质量分数。16金属材料成分检验全解第16页硫干扰及消除 在高温O2气流中燃烧时，试样中硫也转化为SO2，假如生成SO2，在吸收前未能除去，一样被KOH溶液吸收，干扰碳测定。惯用MnO2、AgVO3除去混合

7、气体中SO217金属材料成分检验全解第17页18金属材料成分检验全解第18页二、钢铁中硫作用与测定 1. 钢铁中硫起源： （1）起源：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：硫是钢铁有害元素，能使钢铁产生“热脆性”，降低钢铁力学性能，影响钢件使用寿命。19金属材料成分检验全解第19页原因：为何产生热脆性？ FeS熔点较低，最终凝固，夹杂于钢铁晶格之间。当加热压制钢铁时，FeS熔融，钢铁晶粒失去连接作用而脆裂。 钢中硫含量普通低于0.050%。可采取对应分析方法测定。20金属材料成分检验全解第20页 3. 测定方法：燃烧碘酸钾容量法 将钢铁试样于12501

8、350高温下通氧燃烧，使硫全部转化为二氧化硫，将生成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 21金属材料成分检验全解第21页三、钢铁中硅作用与测定 1. 钢铁中硅起源： （1）起源 ：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

9、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。22金属材料成分检验全解第22页2. 对钢铁性能影响 (1)增强钢硬度、弹性及强度，提升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。23金属材料成分检验全解第23页3. 测定方法：亚铁还原硅钼兰光度法24金属材料成分检验全解第24页25金属材料成分检验全解第25页四、钢铁中锰作用与测定 1. 钢铁中锰起源： （1）起源：少许由原料矿石中引入，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，过量锰可

10、能组成Mn3C、MnSi、FeMnSi等，成固熔体状态存在。26金属材料成分检验全解第26页 2. 作用 锰是钢铁中常见主要合金元素，几乎存在于一切钢铁之中。 在冶炼中，因为锰和氧、硫有较强结合能力，故为良好脱氧和脱硫剂，能降低钢热脆性，提升热加工性能。 锰固溶于铁中，可提升其硬度和强度，同时使含有很好热处理性。 做为合金，过量锰会使钢晶粒粗化，增加回火脆敏性，降低钢塑性和韧性。27金属材料成分检验全解第27页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=2

11、HMnO4+10AgNO3+2H2O 5Na3AsO3+2HMnO4+4HNO3=2Mn(NO3)2+5Na3AsO4+3H2O 5NaNO2+2HMnO4+4HNO3=2Mn(NO3)2+5NaNO3+3H2O28金属材料成分检验全解第28页三、钢铁中磷作用与测定 1. 钢铁中磷起源： （1）起源：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：磷是钢铁有害元素，能使钢铁产生“冷脆性”， Fe3P质硬，降低钢铁塑性和韧性，降低力学性能，影响钢件使用寿命。但磷可提升钢铁拉伸强度和抗腐蚀性。29金属材料成分检验全解第29页3. 测定方法：方法原理

12、30金属材料成分检验全解第30页 总而言之： 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有害成份 严格降至一定量 所以，对于生铁和碳素钢：C、Si、Mn、S、P等五种元素含量是冶金或机械工业化验室日常生产控制主要指标，对钢铁生产和选取等含有主要意义。31金属材料成分检验全解第31页第八章 仪器设备保障（补充）8-1 设备通用工作条件一、环境要求 1. 整齐：防止灰尘影响光学系统以及造成电路接触不良 2. 适当温湿度范围：必要时配置空调、除湿机 3. 防腐蚀 4. 防震二、仪器使用：配置稳压电源；定时通电；定时校验；做好相关统计32金属材料成分检验全解第32页8

13、-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，防止强烈或连续震动 c. 防止强光直晒 d. 远离强风、强电磁场、发生高频波环境 e. 电压AC220V 22V，频率50Hz 1Hz，带稳压器最正确 f. 场所内防止腐蚀性气体33金属材料成分检验全解第33页2.日常维护与保养（1）光源 使用过程中尽可能降低开关次数；关闭光源灯后间隔5min后再重新开启；连续使用时间不要超出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；窗口和灯外壁防止沾污（可用无水乙醇擦拭）。（2）单色器 波长选择是应迟缓调整，不可用力过猛

14、；定时更换单色器盒干燥剂（硅胶）。（3）检测器 不可长时间曝光；防止强光照射；防止受潮积尘。34金属材料成分检验全解第34页（4）吸收池 防止长时间盛放腐蚀性物质（F-、SnCl2、H3PO4等）溶液；使用后马上用水冲洗洁净或适当溶剂洗涤，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；长久不使用时应定时通电，每次2030min；定时校验。二、常见故障分析与排除（P73）35金属材料成分检验全解第35页三、仪器调教 1.光源灯更换与调整（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58

15、0nm处，点亮钨灯，用一张白纸放入吸收室，可观察到橙黄色光斑。 调整钨灯高度，使光斑相对于狭缝对称分布，紧固螺钉2。 松开调整螺母6，将光斑调至右图所表示状态，然后紧固螺母6，盖上灯室盖，调整完成。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-调整螺母光斑理想状态36金属材料成分检验全解第36页2. 波长准确度校验利用随机配置镨钕滤光片校验（吸收峰528.7nm、807.7nm）详细操作：开机，取出样品室遮光物，预热20nim。调整0钮，显示器显示“000.0”。（调整钮应置于“”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

16、慢转动，观察出口狭缝射出光线颜色是否与波长调整钮指示波长相符（黄色光波长范围较窄，将波长调整在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，应调整灯泡位置。取出白纸板，在吸收池架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，应重新调整空气参比100.0）。统计各吸光度值和对应波长盘标示值标示，作A-曲线，查出最大吸收波长。37金属材料成分检验全解第37页结果及对策 假如最大吸收波长标示值与镨钕

17、滤光片标准值相差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：不一样型号仪器调整方式略有区分，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，依然相差较大，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。38金属材料成分检验全解第38页3. 吸收池配套性检验详细步骤： 检验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。

18、 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，再马上用水冲洗。 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，调整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，调整100钮，使显示器显示为“100.0”，重复调整直至稳定。 依次将被测吸收池推入光路，统计透射比。结果及对策：若两吸收池透射比偏差0.5% ，则可配套使用。不然不予采取。39金属材料成分检验全解第39页4. 透射比正确度检验 测量具尖锐吸收峰化合物时，需对透射比进行校正。通惯用硫酸铜、硫酸钴铵、重铬酸

19、钾（应用最普遍）等标准溶液。详细操作： 配制质量分数(K2Cr2O7) = 0.006000% K2Cr2O7（即在25时，1000g溶液含K2Cr2O7 0.06000g）0.001mol/L HClO4标准溶液。以0.001mol/L HClO4溶液为参比，用1cm石英吸收池分别在235nm、257nm、313nm、350nm波优点测定透射比，查标准值表比较。结果及判定：按各仪器级别不一样，透射比差值在0.82.5内。波长/nm235257313350百分透射比/%18.223.751.322.9(K2Cr2O7) = 0.006000% K2Cr2O7溶液透射比（25 ）40金属材料成分

20、检验全解第40页8-3 光电直读光谱仪一、日常维护与保养1. 激发台火花室 视试样情况定时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距离）。2. 透镜（一些仪器采取石英窗，原理类似） 定时清洗透镜（用脱脂棉或绸布蘸取酒精小心擦拭）。注意擦洗过程中防止硬物刮擦。3. 电子柜滤尘器 最少每个月清理一次。假如仪器所处环境灰尘大，更应该经常清理。同时要经常检验风扇状态，简便方法就是用一张纸靠近风扇，看其能否被吸住，假如吸住，证实风扇状态是好。假如风扇坏掉，就应及时更换41金属材料成分检验全解第41页4. 废气过滤筒 每七天清理一次（

21、吸尘器吸灰）。若试样较多可每班清理一次。5. 电子柜、光源箱 定时清洁（高压气体吹洗，不可用吸尘器吸）电子柜、光源箱每一块电路板和母板上灰尘，并检验它与母板接触是否良好。6. 真空系统 每七天最少检验真空泵油面高度一次，当油液面高度处于最高和中间时，泵含有最正确性能和使用寿命。假如油位过低，就应考虑补加真空泵油。假如泵油比较混浊、颜色较深时，就应考虑更换真空泵油了（加油或更换油时普通请仪器工程师进行）。42金属材料成分检验全解第42页二、常见故障分析与排除常见故障原因分析处理方案试样放上激发台后未能激发激发台挡板未合严；闭锁装置未合上（一些型号仪器）；火花室积灰过多重新合上挡板；合上闭锁装置；清理火花室积灰试样激发异常，激发点成铁锈红色氩气未开启开启氩气到要求压力试样激发异常，激发点成白色，未见显著烧蚀试样有缩孔、砂