分析化学理化检验课程第九章金属材料检验

分析化学理化检验课程第九章金属材料检验第一页，共六十二页，2022年，8月28日§9-1金属材料的分类和性能一、分类金属材料黑色金属：Fe、Mn、Cr及其合金有色金属：Cu、Al、Sn、Pb、Zn、黄铜、青铜、铝合金等。第二页，共六十二页，2022年，8月28日二、金属材料的性能金属材料性能工艺性能—铸造性、锻压性、切削加工性、焊接性使用性能机械性能：强度、硬度、弹性、塑性、冲击韧性物理性能：比重、熔点、导电性、热膨胀性、导热性、磁性化学性能：抗蚀性、抗氧化性电磁性能耐热性第三页，共六十二页，2022年，8月28日§9-2钢和铁钢铁是应用最广的金属材料、它是铁和碳的合金。就化学成分来说，很大部分是铁，还有C、Si、Mn、P、S等，生铁和钢由于含碳量不同而性质不同。第四页，共六十二页，2022年，8月28日一、钢的分类1、按化学成分分碳素钢低碳钢C<0.25%中碳钢C0.25~0.6%高碳钢C>0.6%合金钢低合金元素总量<5%中合金元素总量5~10%高合金元素总量>10%第五页，共六十二页，2022年，8月28日2、按用途分类结构钢工具钢特殊性能钢3、按品质分类（含S、P多少）普通钢（P%<0.045、S%<0.055）优质钢（P%<0.040、S%<0.040）高级优质钢（P%<0.035、S%<0.030）第六页，共六十二页，2022年，8月28日4、按冶炼方法分类（1）炼钢方法和设备平炉钢转炉钢电炉钢（2）脱氧方式镇静钢半镇静钢沸腾钢第七页，共六十二页，2022年，8月28日5、钢的牌号钢的分类只能把共同特征的钢种划分归类，不能将每种钢的特征表示出来，采用钢号进一步把每种钢的特征全部表示出来，有了钢号给生产设计，供销和科学技术发展贸易都带来很大便利。第八页，共六十二页，2022年，8月28日钢铁产品牌号表示方法原则（1）牌号中化学元素用汉字或国际化学符号表示（2）产品名称、用途、冶炼和烧注方式一般用汉字和汉语拼音字母编写（3）含碳量：优质碳素钢和合金钢中含碳量以万分之几表示；不锈钢、高速钢等高合金钢含碳量大于1.0%不标出，小于1.0%以千分之几表示；沸腾钢，半镇静钢的表示与普通碳素钢相同，只是在含碳量的两位数后面加以符号如：10F—表示含碳量0.1%的优质沸腾钢，镇静钢则不加符号。第九页，共六十二页，2022年，8月28日（4）合金元素：平均含量小于1.5%时，只表明元素不标明含量；平均含量大于等于1.5%时，以百分之几表示。（5）专门用途钢则在钢号前或后加上表示用途的符号。第十页，共六十二页，2022年，8月28日例1平均含碳量为0.36%，含锰量为1.5~1.8%，含硅量为0.40~0.70%的合金钢钢号为：36锰2硅含碳量0.36%（万分之36）锰1.5~1.8%标出2硅含量小于1.5%只标元素不标含量第十一页，共六十二页，2022年，8月28日例2平均含碳量为0.097%，含锰量为1.243%，含钼量为0.036，钒0.153，Ti0.057的低合金钢钢号为：10MnMoTi第十二页，共六十二页，2022年，8月28日例3含碳量为0.055%，镍12.06%，Mo2.05，Ti0.407，Cr18.11，高合金钢的钢号为0Cr18Ni12Mo2TiC<0.1%第十三页，共六十二页，2022年，8月28日例4平均含碳量为0.25%，含锰量为1.6%，含硅量为0.4%的高级优质钢的钢号为：25Mn2SiA第十四页，共六十二页，2022年，8月28日二、碳素钢——铁碳合金中，含碳量在0.02~2.11%之间的铁碳合金称为碳素钢。1、碳及杂质对碳钢机械性能的影响（1）碳的影响（碳含量增加）硬度、强度增强韧性、塑性降低、脆性增加第十五页，共六十二页，2022年，8月28日（2）杂质的影响A、锰Mn具脱氧作用一般含量0.3~0.8%还原FeO与S生成MnS（熔点高），减少S的影响，消除热脆性溶于碳素体中提高强度、硬度Mn>0.8%做锰合金钢Mn>10%锰合金钢特别耐磨第十六页，共六十二页，2022年，8月28日B、硅Si脱氧能力比Mn强1%>Si>0.1%一般Si>1%硅钢Si>4%磁性材料第十七页，共六十二页，2022年，8月28日C、硫S----有害元素，一般<0.050%FeS与Fe形成低熔点共晶体存在于晶界处，当钢加热到800~1200度进行加工时，由于FeS熔化，使钢材沿晶界开裂，这现象称为热脆。第十八页，共六十二页，2022年，8月28日D、磷P，一般<0.06%Fe2P，Fe3P能溶于铁素体中，很硬，使钢的强度、硬度增加，但塑性、韧性则显著降低，低温时影响严重，形成冷脆现象。第十九页，共六十二页，2022年，8月28日E、气体钢加热或冷却时析出，严重影响钢的机械性能。第二十页，共六十二页，2022年，8月28日2、碳素钢分类除按含碳量分成低、中、高碳钢外按用途分碳素结构钢碳素工具钢第二十一页，共六十二页，2022年，8月28日三、合金钢1、常用元素在钢中的作用10种元素，如Cr、Ni、W、Mo、Al、稀土元素2、合金钢的分类第二十二页，共六十二页，2022年，8月28日四、铸铁铁碳合金C>2.11%C在铸铁中存在形式可分为白口铸铁灰铸铁第二十三页，共六十二页，2022年，8月28日§9-3钢材一、钢材的分类二、钢材的常见缺陷1、外观缺陷2、低倍组织缺陷、感官或放大10倍3、显微镜缺陷、放大100~200倍4、非金属夹杂物第二十四页，共六十二页，2022年，8月28日三、钢材的检验1、化学性能试验2、机械性能试验3、工艺性能试验4、低倍试验5、高倍试验6、尺寸偏差与几何形状偏差检验第二十五页，共六十二页，2022年，8月28日§9-4钢铁分析示例一、钢铁中C、S含量测定1、C的测定方法原理：CO2+2KOH=K2CO3+H2OC+O2=CO2第二十六页，共六十二页，2022年，8月28日测定步骤试样瓷舟+助溶剂1150~1350℃O2CO2、Fe2O3、Cr2O3MnO2或AgVO3切断氧气流封闭量气管读V1压入KOH吸收生成K2CO3余气量气管读数V2f：温度、压力校正系数G：样品重第二十七页，共六十二页，2022年，8月28日2、S的测定S—有毒元素热脆性、降低钢强度及冲击韧性。（1）燃烧—碘量法基本原理3MnS+5O2高温Mn3O4+3SO2SO2+H2OI2H2SO4+HI根据消耗标准溶液体积计算S的含量第二十八页，共六十二页，2022年，8月28日（2）KIO3法基本原理SO2+H2O=H2SO3KIO3+KI+HCl=I2+KCl+H2OH2SO3+I2+H2O=H2SO4+2HI标准溶液KIO3-KI第二十九页，共六十二页，2022年，8月28日测定步骤：试样1250~1350℃O2SO2盐酸淀粉溶液吸收SO2KIO3-KI终点第三十页，共六十二页，2022年，8月28日二、碳素钢和合金钢中锰量的测定1、原理试样HNO3溶解Mn2+(NH4)2S2O8AgNO3HMnO4(NH4)2S2O8多余545nm测A，比色分解干扰参比液消除Cr量高时CrHClO4CrCl2O2挥发第三十一页，共六十二页，2022年，8月28日2、氧化条件氧化条件——煮沸1min时间过长，HMnO4分解时间过短，氧化不完全第三十二页，共六十二页，2022年，8月28日三、不锈钢、耐热、耐腐蚀钢中铬量测定1、方法原理（1）存在状态碳化物：Cr4C、Cr7C3、Cr3C2等硅化物：Cr2Si等氮化物：CrN、Cr2N等氧化物：CrO3等第三十三页，共六十二页，2022年，8月28日（2）前处理溶于热HCl和稀H2SO4，不溶于HNO3（钝化），但Cr的碳化物或氮化物通常用浓HNO3处理，或经H2SO4、HClO4热至冒白烟。第三十四页，共六十二页，2022年，8月28日（3）原理试样H2SO4、HClO4HClCr3+Cr3++(NH4)2S2O8H+Cr2O72-+(NH4)2SO4Cr2O72-+Fe2++H+Cr3++Fe3++H2OMn的干扰：溶样后Mn2+转化为MnO4-MnO4-+NaClAgNO3Mn2++AgCl+Cl2第三十五页，共六十二页，2022年，8月28日2、测定步骤试样HCl、稀H2SO4HClO4Cr3+MnO4-(NH4)2S2O8AgNO3（催化）Cr2O72-MnO4-NaClMn2+AgClFe2+(NH4)2FeSO4N-苯基邻氨基苯甲酸终点根据（NH4)2FeSO4浓度和消耗体积求出Cr量第三十六页，共六十二页，2022年，8月28日例钢样0.401g经王水溶解后，加入H2SO4、H3PO4、(NH4)2S2O8、AgNO3（催化作用）

、NaCl作用后，生成Cr2O72-，Mn2+，用Fe2+

滴定共消耗0.2021mol/lFe2+25.34ml至终点。试计算Cr的含量。解：第三十七页，共六十二页，2022年，8月28日§9-5有色金属及其合金一、概述轻有色金属，比重在4.5以下，如Al、Mg、Na、K、Ca、Sr、Ba等，特点比重小，化学活性大，与O、S、C和卤素的化合物稳定。重有色金属，比重在4.5以上，如Cu、Ni、Pb、Zn、Sn、Sb、Hg、Cd、Bi等贵金属，Au、Pt、Ag等，对氧和其他试剂的稳定性强，地壳中含量少，开采和提取困难，价格比一般金属贵。第三十八页，共六十二页，2022年，8月28日稀有金属，在自然界中含量很少，分布稀散或难从原料中提取的金属，镐、钕、镨、钍稀土金属。半金属，Si、Se、Te、As、B，物理化学性能介于金属与非金属之间，如砷是非金属但又传热导电。第三十九页，共六十二页，2022年，8月28日二、铝及铝合金1、铝密度小，约为2.7g/cm3，熔点低，660℃，比重大约是铁的1/3。塑性高，强度低，导电导热性好，能与氧生成致密的氧化膜，附着在铝表面在空气中具有良好的耐蚀性。铝广泛应用于化工、日用品等方面，但铝不耐碱和盐，在碱和盐溶液中，铝表面的氧化膜很快被破坏，使铝受腐蚀，因此不能用来做盐、碱溶液的容器。纯铝主要缺点是强度低，可通过合金化，热处理加以提高。第四十页，共六十二页，2022年，8月28日2、铝合金铝合金的品种很多，性能和用途也不一样，按加工方法可分为两类：铸造铝合金：铸造性能良好，合金元素总含量约8~25%。变形铝合金：有冷、热变形性能，合金元素总含量小于5%，高强度变形铝合金中合金元素总含量约为8~14%。第四十一页，共六十二页，2022年，8月28日三、铜及铜合金1、铜2、铜合金按加入合金元素不同黄铜普通特殊青铜锡青铜无锡青铜（特殊青铜）第四十二页，共六十二页，2022年，8月28日四、其他有色金属及其合金1、镁及镁合金2、钛及其合金3、硬度合金第四十三页，共六十二页，2022年，8月28日五、有色金属及其合金牌号1、有色金属名称及代号黄铜H青铜Q镁合金HB第四十四页，共六十二页，2022年，8月28日2、牌号命名（1）以代号字头后的成分数字或顺序号，结合合金类别名称或组别名称表示。（2）成分—用化学元素符号表示。（3）其他类别品种以及特殊冶炼和加工方法的制品—汉字或汉语拼音字母表示。第四十五页，共六十二页，2022年，8月28日A、纯金属纯度随顺序号增加而降低高纯金属相反，在顺序号前加0Cu-1：一级纯铜Cu-2：二级纯铜Al-1：一级纯铝Al-2：二级纯铝Al-01：高级一级铝Al-02：高级二级铝第四十六页，共六十二页，2022年，8月28日B、合金产品合金元素以百分之几表示、杂质元素低不标出例：HPb-59-1H-黄铜Cu：59%Pb：1%余量为Zn第四十七页，共六十二页，2022年，8月28日例黄铜74.45%，Fe0.11%，Bi0.0018%，Pb2.82%，Sb0.007%，P0.0069%解：黄铜—HCu-74.45%写作74%Fe、Bi、Sb、P含量低可不标出Pb-2.82%写作3%牌号为：HPb-74-3如果为铸造黄铜，则牌号为：ZHPb-74-3第四十八页，共六十二页，2022年，8月28日例HAlFe66-6-3说明：H为黄铜含Cu66%含Al6%含Fe3%第四十九页，共六十二页，2022年，8月28日例黄铜：Cu-89.14%，Sb-0.0046%，Pb-0.063%，P-0.0079%，Bi-0.0017%Cu以百分之几标出，杂质元素低不标出解：牌号：H90第五十页，共六十二页，2022年，8月28日§9-6有色金属合金成分分析示例一、铜基合金常规组分的化学分析1、主体元素测定--Cu电解法+原子吸收法硫代硫酸钠滴定法第五十一页，共六十二页，2022年，8月28日2、合金元素（1）锡----Sn锡能提高黄铜的强度，并能显著提高其对海水的抗蚀性能，故锡黄铜称海军黄铜。锡量测定—次磷酸盐还原滴定法（0.5~20%）第五十二页，共六十二页，2022年，8月28日原理：试样用HCl+H2O2溶解，样品中Sn转变为Sn(Ⅳ)以HgCl2做催化剂，加次磷酸盐在隔绝空气条件下还原Sn(Ⅳ)为Sn(Ⅱ)，Cu(Ⅱ)为Cu(Ⅰ)，以KIO3标准液滴定。IO3-+3Sn2++6H+=3Sn4++I-+3H2OIO3-+5I-+6H+=3I2+3H2O第五十三页，共六十二页，2022年，8月28日Cu(Sn)HClH2O2Cu2+Sn(Ⅳ)H2O2分解除去H2PO2-次磷酸根HgCl2（催化）（隔绝空气）Cu(Ⅰ)Sn(Ⅱ)NH4SCNSn(Ⅱ)CuSCNKI淀粉KIO3终点由白变蓝第五十四页，共六十二页，2022年，8月28日（2）Zn量测定---EDTA滴定法试样HClH2O2Fe3+Zn2+Cu2+KFCu2+Zn2+硫脲掩蔽Fe3+、Al3+掩蔽Cu2+Zn2+β-DTCPA掩蔽其他二价离