金属材料化学成分表PPT下载

这是一个关于金属材料化学成分表PPT，包括了金属材料简介，概述，碳的测定，硫的测定，磷的测定，锰的测定，硅的测定，其它测定法介绍等内容。第五章 金属材料分析钢铁分析铝及铝合金分析 概述 了解钢的生产过程，从而进一步理解五大元素在钢中的作用，证明测定的意义。钢铁是铁和碳的合金，其化学成分中大多数元素 是铁，还含有碳、硅、锰、磷、硫等元素。 铁矿石主要含有硅酸盐状态存在的其他金属或非金属杂质的氧化铁，经冶炼大部分杂质转化成炉渣，分离除去，有少量杂质C、Mn、Si、S、P等残存在生铁中。 如果将生铁的其他辅助材料配合，进一步冶炼，则杂质被进一步氧化除去，同时控制含碳量降至一定限度，硅猛等元素含量很低，硫磷等杂质降至0.05%以下，则成为铁及碳的合金碳素钢。 例：特种钢： 若适当提高钢中Si或Mn含量，或加入一定量的Ni，Cr，W，Mo，V，Ti等金属，成为特种钢（铁合金或合金钢）。加Ni、Cr、W、Ti等又分别称为Ni钢、Cr钢、W钢、Ti钢，欢迎点击下载金属材料化学成分表PPT。

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第五章 金属材料分析钢铁分析铝及铝合金分析 概述 了解钢的生产过程，从而进一步理解五大元素在钢中的作用，证明测定的意义 。 钢铁是铁和碳的合金，其化学成分中大多数元素 是铁，还含有碳、硅、锰、磷、硫等元素。 铁矿石主要含有硅酸盐状态存在的其他金属或非金属杂质的氧化铁，经冶炼大部分杂质转化成炉渣，分离除去，有少量杂质C、Mn、Si、S、P等残存在生铁中。 如果将生铁的其他辅助材料配合，进一步冶炼，则杂质被进一步氧化除去，同时控制含碳量降至一定限度，硅猛等元素含量很低，硫磷等杂质降至0.05%以下，则成为铁及碳的合金碳素钢。 例：特种钢： 若适当提高钢中Si或Mn含量，或加入一定量的Ni，Cr，W，Mo，V，Ti等金属，成为特种钢（铁合金或合金钢）。 加Ni、Cr、W、Ti等又分别称为Ni钢、Cr钢、W钢、Ti钢。 加Ni增强钢的强度及韧性多用于承受冲击或强大压力的制件含Ni 36%铸钢受热时几乎不膨胀可制精密仪器 加Cr耐热耐腐蚀性较强，多用于制造滚珠轴承或工具含Cr 12.5 – 18%的铬钢或含铬 0.6 – 1.75%、Ni 1.25%的镍铬钢，又称不锈钢，可制高压锅。 加W有极强的耐热性，受热至白热化仍不软化常制运转的机件或刀具。 高速切削钢：含W 15–18% V 1–3% Cr 2–5%合金钢 含Mo、V、Ti等合金钢和钨钢性能相似。 各种合金钢具有独特的性能而用于特殊用途。 含有一定量V、Ti，而C又是以球状存在的，称“球墨铸铁”。具有和某些合金钢类似的特殊性能，可代替合金钢使用。 二、各元素在钢中的形态和作用主要讲述C 、S 、Si 、Mn 、P （一）碳 1、钢铁中的C来源： 碳是钢铁的主要成分之一，它直接影响着钢铁的性能。碳是区别铁与钢，决定钢号、品级的主要标志。 碳是对钢性能起决定作用的元素。碳在钢中可作为硬化剂和加强剂，正是由于碳的存在，才能用热处理的方法来调节和改善其机械性能。 对存在状态的影响 灰口生铁，石墨C多，软而韧 白口生铁，化合物C多，硬而脆 碳素钢据C 含量分三类，低、中、高碳素钢 （二）硅 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 存在在高硅钢中，一部分以SiC存在，也有时形成固熔体或硅酸盐。 3、性能 (1)增强钢的硬度、弹性及强度，提高抗氧化能力及耐酸性。 (2) 促使C以游离态石墨状态，使钢高于流动性，易于铸造。 (3)类型 a 一般生铁或碳素钢Si含量<1% b 电器用硅钢Si含量可达4% c 特殊用途的硅铁、硅钢等合金， Si含量 高达12 – 95% 如： 含Si 12 – 14%的铁合金称硅铁 含Si 12%，Mn 20%的铁合金称硅镜铁，主要用于炼钢脱氧剂 (三)锰 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MnC、MnSi、FeMnSi等，成固熔体状态存在。 3、性能 增强钢的硬度，减弱延展性。 4、类型 生铁Mn 0.5% - 6% 锰钢中Mn>0.8% 碳素钢 Mn 0.3 – 0.8% 高锰钢高达13% - 14% 如含锰0.8% - 14%为各种型号的高锰钢，具有良好的弹性及耐腐蚀性。用于制造弹簧、齿轮、转轴、铁路道岔等。含Mn 12% - 20%的铁合金为镜铁含Mn 60% - 80%的铁合金为锰铁 上两种主要用于炼钢做脱硫剂 （四）硫 1 来源 主要由焦炭或原料矿石引入钢铁 2 形态 主要以MnS或FeS状态存在 若： （五）磷 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 3 性能：磷化铁硬度较强，以至钢铁难于加工，并使钢铁产生“冷脆性”也是有害杂质作用(事物都有其另一面) P↑ → 流动性↑ →易铸造 并可避免在轧钢时轧辊与压件粘合 在特殊情况下常有意加入一定量P达此目的。 4. 类型 : 生铁 P<0.3% 一般碳素钢<0.06% 优质钢<0.03% 特殊用途：轧辊钢高达 0.4 – 0.5% 炼钢或铸钢用的磷铁 15 – 20%之间. 以上归纳成如下表： 三 、 检测意义 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(有益的)→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. 碳的测定 测定各种形态的碳属于相分析；在成分分析中，一般钢样只测定总碳量。生铁试样除测定总碳量外，常分别测定游离碳和化合碳的含量。总碳量的测定方法 方法有很多，但通常都是将试样置于高温氧气流中燃烧，使之转化为二氧化碳再用适当方法测定。 归纳起来可分为三大类： 物理法 化学法 物理化学法燃烧-气体容积法(气体容量法) 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。（一）方法原理 试样在1200～1300℃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 用脱硫剂(活性MnO2)吸收SO2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。 （二）主要试剂 1.氢氧化钾吸收剂溶液(400g/L)； 2.除硫剂 活性二氧化锰(粒状)或钒酸银。 2.1 钒酸银； 2.2 活性氧化锰； 3. 酸性氯化钠溶液（250g/L）； 4.助熔剂 锡粒(或锡片)、铜、氧化铜、纯铁粉。 5.高锰酸钾溶液（40g/L）； 6.甲基橙指示剂（2g/L）。 （四）分析步骤 将炉温升至1200～1350℃，检查管路及活塞是否漏气，装置是否正常，燃烧标准样品，检查仪器及操作。 称取适量试样置于瓷舟中，将适量助熔剂覆盖于试样上面，打开玻璃磨口塞，将瓷舟放入瓷管内，用长钩推至高温处，立即塞紧磨口塞。预热lmin，按照定碳仪操作规程操作，测定其读数(体积或含量)。打开磨口塞，用长钩将瓷舟拉出，即可进行下一试样分析。 （五）测定条件 1．试样的燃烧程度 燃烧温度 ;助熔剂降低燃烧温度;通O2速度 2．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除去混合气体中的SO2 3.测定中应注意的问题 1. 助熔剂中含碳量一般不超过0.005% ; 2.样品的放置要均匀地铺在燃烧舟中; 3.定碳仪应装置在室温较正常的地方(距离高温炉约300～500mm) 4.更换水准瓶所盛溶液、玻璃棉、除硫剂、氢氧化钾溶液后，均应作几次高碳试样，使二氧化碳饱和后，才可进行试样测定。 5.对测定含硫量较高的试样(大于0.2%)，应增加除硫剂量或增加一个除硫管。 6.吸收器、水准瓶内溶液以及混合气体三者的温度应基本相同，否则将产生正负空白值。 7.如分析完高碳试样后，应空通一次，才可以接着做低碳试样分析。 8.当洗气瓶中硫酸体积显著增加及二氧化锰变白时，说明已失效，应及时更换。 9.观察试样是否完全燃烧，如燃烧不完全，需重新分析。 10.炉子升温应开始慢，逐步加速，以延长硅碳棒寿命。 11.分析前，应先检查仪器各部分是否漏气。工作开始前及工作中，均应燃烧标准样品，判定工作过程中仪器的准确性。 12.吸收前后观察刻度的时间应一致。吸收后观察刻度时，量气管及水准瓶内液面与视线应处在同一水平线上。 13.吸收器中氢氧化钾溶液使用久后也应进行更换，一般在分析2000次后更换，否则吸收效率降低，使测定结果偏低。 硫的测定 硫的测定方法很多。经典的硫酸钡重量法用于测定高硫试样。燃烧—滴定法具有简单、快速、准确及适应面广的特点，被广泛采用，它也是国内外的标准方法。 介绍燃烧—滴定法中的燃烧—碘酸钾容量法 (一) 原 理 将钢铁试样于1250～1350℃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 (二)主要试剂及仪器 1碘酸钾标准滴定溶液 [c(1/6K103)=0.01000mol/L、0.001000mol/L、0.0002500mol/L]； 2．淀粉吸收液(10g/L)； 3.助熔剂 （三）仪器装置 (四)测定步骤 将炉温升至1200～1350C，检查装置是否正常，于定硫吸收杯中加入淀粉吸收液（硫小于0.01%用低硫吸收杯，加20mL吸收液；硫大于0.01%用高硫吸收杯，加60mL吸收液），以600～1500mL/min的流速通氧，用碘酸钾标准滴定溶液滴定至浅蓝色不褪，作为终点色泽，关闭氧气。 称取适量试样，置于瓷舟中，加入适量助熔剂，将瓷舟推至高温处，预热0.5～1.5min，通氧，控制氧速为1500～2000mL/min，燃烧后的混合气体导入吸收杯中，使淀粉吸收液蓝色开始消褪，立即用碘酸钾标准溶液滴定并使液面保持蓝色，当吸收液褪色缓慢时，滴定速度也相应减馒，直至吸收液的色泽与原来的终点色泽相同，间歇通气后，色泽不变即为终点。 计算 (五)测定条件 助熔剂用量 SO2的转化率 SO2的回收率连续测定10个样品后，就应清除管内的氧化物 燃烧—酸碱滴定法 本法采用双氧水溶液作为吸收剂吸收二氧化硫，生成的H2SO3被氧化为H2SO4，然后用NaOH标准滴定溶液滴定生成的H2SO4，即可求出SO2的质量分数。 吸收： SO2 + H2O = H2SO3 H2SO3 + H2O2 = H2SO4+H2O 滴定： 2NaOH + H2SO4 = Na2SO4 + 2H2O 本法克服了SO2在吸收器中逃逸的现象，对滴定速度没有要求，尤其适合于碳硫的联合测定。该法终点敏锐，操作方便；燃烧过程中即使有SO3产生也能被滴定，不影响测定结果。 磷的测定 锰的测定 锰是钢铁中有益元素，在炼钢中是良好的脱氧剂和脱硫剂。它以金属固熔体MnS状态存在。钢铁中锰含量的分析通常采用滴定法和光度法。 光度法：高锰酸钾光度法。 试样用HNO3溶解，用H3PO4与Fe3+配合成无色的Fe(HPO4)2-，在催化剂AgNO3作用下，以(NH4)2S2O8为氧化剂，加热煮沸使Mn2+ ，氧化为紫红色的MnO4-，于530 nm波长下测定吸光度。 硅的测定 目前钢铁中硅的测定方法很多，主要有重量法，滴定法，光度法等。重量法是最经典的测定方法，具有准确、适用范围广等特点 。光度法具有简单、快速、准确等特点，是目前实际应用最广泛的方法。其中应用最多的是硅钼蓝光度法。 (一）方法原理 试样用稀酸溶解后，使硅转化为可溶性硅酸: 3FeSi+l6HNO3 = 3Fe(NO3)3+3H4SiO4+7NO+2H2O FeSi+H2SO4+4H2O = FeSO4+H4SiO4+3H2 加高锰酸钾氧化碳化物，再加亚硝酸钠还原过量的高锰酸钾，在弱酸性溶液中，加入钼酸，使其与H4SiO4反应生成氧化型的黄色硅钼杂多酸(硅钼黄)，在草酸的作用下，用硫酸亚铁铵将其还原为硅钼蓝: H4SiO4 + 12H2MoO4 = H8[Si(Mo2O7)6]+10H2O （二）分析步骤 称取试样0.1g左右，置于150mL烧杯中。加入30mL硫酸(1+17)，低温缓慢加热（不要煮沸）至试样完全溶解（并不断补充蒸发失去的水分）。煮沸，滴加高锰酸钾溶液（40g/L)至析出二氧化锰水合物沉淀。再煮沸约lmin，滴加亚硝酸钠溶液(100g/L)至试验溶液清亮，继续煮沸lmin～2min(如有沉淀或不溶残渣，趁热用中速滤纸过滤，用热水洗涤)。冷却至室温，将试验溶液移入100mL容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀。 移取10.00mL上述试验溶液二份，分别置于50mL容量瓶中(一份作显色溶液用，一份作参比溶液用) 显色溶液 小心加入5.0mL钼酸铵溶液，混匀。放置15min或沸水浴中加热30s，加入l0mL的草酸溶液，混匀。待沉淀溶解后30s内，加入5.0mL的硫酸亚铁铵溶液，用水稀释至刻度，混匀。 参比溶液 加入10.0mL草酸溶液、5.0mL钼酸铵溶液、5.0mL硫酸亚铁铵溶液，用水稀释至刻度，混匀。 将显色溶液移入lcm吸收皿中，以参比溶液为参比，于分光光度计波长810nm处测量溶液的吸光度值。对没有此波长范围的光度计，可于680nm处测量。 （三）测定条件酸度和钼酸铵浓度 温度和时间 试剂的加入顺序 还原条件及光学性质 干扰及消除 操作注意事项 测硅消除P， As的干扰： 酸度是生成硅钼黄或硅钼蓝及排除P， As杂质干扰的重要条件。硅钼黄的在低酸度生成， 然后提高酸度至3.0～4.0mol/L 消除P， As干扰。 除P， As杂多酸由谁担任？ 可加入有机酸：草酸，酒石酸，柠檬酸消除干扰其中以H2C2O4效果最快 H2C2O4除了提高酸度除杂质，还有其他作用： H2C2O4作用 a : 调整酸度（提高酸度），破坏P， As杂多酸，消除P， As干扰 b: 增加Fe2+还原能力并消除Fe3+黄色干扰 五元素快速分析 一、碳硫联合测定 二、硅、锰、磷的快速测定FxV红软基地

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