分析化學理化檢驗課程第九章金屬材料檢驗

分析化學理化檢驗課程第九章金屬材料檢驗第一頁，共六十二頁，2022年，8月28日§9-1金屬材料的分類和性能一、分類金屬材料黑色金屬：Fe、Mn、Cr及其合金有色金屬：Cu、Al、Sn、Pb、Zn、黃銅、青銅、鋁合金等。第二頁，共六十二頁，2022年，8月28日二、金屬材料的性能金屬材料性能工藝性能—鑄造性、鍛壓性、切削加工性、焊接性使用性能機械性能：強度、硬度、彈性、塑性、沖擊韌性物理性能：比重、熔點、導電性、熱膨脹性、導熱性、磁性化學性能：抗蝕性、抗氧化性電磁性能耐熱性第三頁，共六十二頁，2022年，8月28日§9-2鋼和鐵鋼鐵是應用最廣的金屬材料、它是鐵和碳的合金。就化學成分來說，很大部分是鐵，還有C、Si、Mn、P、S等，生鐵和鋼由于含碳量不同而性質不同。第四頁，共六十二頁，2022年，8月28日一、鋼的分類1、按化學成分分碳素鋼低碳鋼C<0.25%中碳鋼C0.25~0.6%高碳鋼C>0.6%合金鋼低合金元素總量<5%中合金元素總量5~10%高合金元素總量>10%第五頁，共六十二頁，2022年，8月28日2、按用途分類結構鋼工具鋼特殊性能鋼3、按品質分類（含S、P多少）普通鋼（P%<0.045、S%<0.055）優(yōu)質鋼（P%<0.040、S%<0.040）高級優(yōu)質鋼（P%<0.035、S%<0.030）第六頁，共六十二頁，2022年，8月28日4、按冶煉方法分類（1）煉鋼方法和設備平爐鋼轉爐鋼電爐鋼（2）脫氧方式鎮(zhèn)靜鋼半鎮(zhèn)靜鋼沸騰鋼第七頁，共六十二頁，2022年，8月28日5、鋼的牌號鋼的分類只能把共同特征的鋼種劃分歸類，不能將每種鋼的特征表示出來，采用鋼號進一步把每種鋼的特征全部表示出來，有了鋼號給生產設計，供銷和科學技術發(fā)展貿易都帶來很大便利。第八頁，共六十二頁，2022年，8月28日鋼鐵產品牌號表示方法原則（1）牌號中化學元素用漢字或國際化學符號表示（2）產品名稱、用途、冶煉和燒注方式一般用漢字和漢語拼音字母編寫（3）含碳量：優(yōu)質碳素鋼和合金鋼中含碳量以萬分之幾表示；不銹鋼、高速鋼等高合金鋼含碳量大于1.0%不標出，小于1.0%以千分之幾表示；沸騰鋼，半鎮(zhèn)靜鋼的表示與普通碳素鋼相同，只是在含碳量的兩位數后面加以符號如：10F—表示含碳量0.1%的優(yōu)質沸騰鋼，鎮(zhèn)靜鋼則不加符號。第九頁，共六十二頁，2022年，8月28日（4）合金元素：平均含量小于1.5%時，只表明元素不標明含量；平均含量大于等于1.5%時，以百分之幾表示。（5）專門用途鋼則在鋼號前或后加上表示用途的符號。第十頁，共六十二頁，2022年，8月28日例1平均含碳量為0.36%，含錳量為1.5~1.8%，含硅量為0.40~0.70%的合金鋼鋼號為：36錳2硅含碳量0.36%（萬分之36）錳1.5~1.8%標出2硅含量小于1.5%只標元素不標含量第十一頁，共六十二頁，2022年，8月28日例2平均含碳量為0.097%，含錳量為1.243%，含鉬量為0.036，釩0.153，Ti0.057的低合金鋼鋼號為：10MnMoTi第十二頁，共六十二頁，2022年，8月28日例3含碳量為0.055%，鎳12.06%，Mo2.05，Ti0.407，Cr18.11，高合金鋼的鋼號為0Cr18Ni12Mo2TiC<0.1%第十三頁，共六十二頁，2022年，8月28日例4平均含碳量為0.25%，含錳量為1.6%，含硅量為0.4%的高級優(yōu)質鋼的鋼號為：25Mn2SiA第十四頁，共六十二頁，2022年，8月28日二、碳素鋼——鐵碳合金中，含碳量在0.02~2.11%之間的鐵碳合金稱為碳素鋼。1、碳及雜質對碳鋼機械性能的影響（1）碳的影響（碳含量增加）硬度、強度增強韌性、塑性降低、脆性增加第十五頁，共六十二頁，2022年，8月28日（2）雜質的影響A、錳Mn具脫氧作用一般含量0.3~0.8%還原FeO與S生成MnS（熔點高），減少S的影響，消除熱脆性溶于碳素體中提高強度、硬度Mn>0.8%做錳合金鋼Mn>10%錳合金鋼特別耐磨第十六頁，共六十二頁，2022年，8月28日B、硅Si脫氧能力比Mn強1%>Si>0.1%一般Si>1%硅鋼Si>4%磁性材料第十七頁，共六十二頁，2022年，8月28日C、硫S----有害元素，一般<0.050%FeS與Fe形成低熔點共晶體存在于晶界處，當鋼加熱到800~1200度進行加工時，由于FeS熔化，使鋼材沿晶界開裂，這現象稱為熱脆。第十八頁，共六十二頁，2022年，8月28日D、磷P，一般<0.06%Fe2P，Fe3P能溶于鐵素體中，很硬，使鋼的強度、硬度增加，但塑性、韌性則顯著降低，低溫時影響嚴重，形成冷脆現象。第十九頁，共六十二頁，2022年，8月28日E、氣體鋼加熱或冷卻時析出，嚴重影響鋼的機械性能。第二十頁，共六十二頁，2022年，8月28日2、碳素鋼分類除按含碳量分成低、中、高碳鋼外按用途分碳素結構鋼碳素工具鋼第二十一頁，共六十二頁，2022年，8月28日三、合金鋼1、常用元素在鋼中的作用10種元素，如Cr、Ni、W、Mo、Al、稀土元素2、合金鋼的分類第二十二頁，共六十二頁，2022年，8月28日四、鑄鐵鐵碳合金C>2.11%C在鑄鐵中存在形式可分為白口鑄鐵灰鑄鐵第二十三頁，共六十二頁，2022年，8月28日§9-3鋼材一、鋼材的分類二、鋼材的常見缺陷1、外觀缺陷2、低倍組織缺陷、感官或放大10倍3、顯微鏡缺陷、放大100~200倍4、非金屬夾雜物第二十四頁，共六十二頁，2022年，8月28日三、鋼材的檢驗1、化學性能試驗2、機械性能試驗3、工藝性能試驗4、低倍試驗5、高倍試驗6、尺寸偏差與幾何形狀偏差檢驗第二十五頁，共六十二頁，2022年，8月28日§9-4鋼鐵分析示例一、鋼鐵中C、S含量測定1、C的測定方法原理：CO2+2KOH=K2CO3+H2OC+O2=CO2第二十六頁，共六十二頁，2022年，8月28日測定步驟試樣瓷舟+助溶劑1150~1350℃O2CO2、Fe2O3、Cr2O3MnO2或AgVO3切斷氧氣流封閉量氣管讀V1壓入KOH吸收生成K2CO3余氣量氣管讀數V2f：溫度、壓力校正系數G：樣品重第二十七頁，共六十二頁，2022年，8月28日2、S的測定S—有毒元素熱脆性、降低鋼強度及沖擊韌性。（1）燃燒—碘量法基本原理3MnS+5O2高溫Mn3O4+3SO2SO2+H2OI2H2SO4+HI根據消耗標準溶液體積計算S的含量第二十八頁，共六十二頁，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標準溶液KIO3-KI第二十九頁，共六十二頁，2022年，8月28日測定步驟：試樣1250~1350℃O2SO2鹽酸淀粉溶液吸收SO2KIO3-KI終點第三十頁，共六十二頁，2022年，8月28日二、碳素鋼和合金鋼中錳量的測定1、原理試樣HNO3溶解Mn2+(NH4)2S2O8AgNO3HMnO4(NH4)2S2O8多余545nm測A，比色分解干擾參比液消除Cr量高時CrHClO4CrCl2O2揮發(fā)第三十一頁，共六十二頁，2022年，8月28日2、氧化條件氧化條件——煮沸1min時間過長，HMnO4分解時間過短，氧化不完全第三十二頁，共六十二頁，2022年，8月28日三、不銹鋼、耐熱、耐腐蝕鋼中鉻量測定1、方法原理（1）存在狀態(tài)碳化物：Cr4C、Cr7C3、Cr3C2等硅化物：Cr2Si等氮化物：CrN、Cr2N等氧化物：CrO3等第三十三頁，共六十二頁，2022年，8月28日（2）前處理溶于熱HCl和稀H2SO4，不溶于HNO3（鈍化），但Cr的碳化物或氮化物通常用濃HNO3處理，或經H2SO4、HClO4熱至冒白煙。第三十四頁，共六十二頁，2022年，8月28日（3）原理試樣H2SO4、HClO4HClCr3+Cr3++(NH4)2S2O8H+Cr2O72-+(NH4)2SO4Cr2O72-+Fe2++H+Cr3++Fe3++H2OMn的干擾：溶樣后Mn2+轉化為MnO4-MnO4-+NaClAgNO3Mn2++AgCl+Cl2第三十五頁，共六十二頁，2022年，8月28日2、測定步驟試樣HCl、稀H2SO4HClO4Cr3+MnO4-(NH4)2S2O8AgNO3（催化）Cr2O72-MnO4-NaClMn2+AgClFe2+(NH4)2FeSO4N-苯基鄰氨基苯甲酸終點根據（NH4)2FeSO4濃度和消耗體積求出Cr量第三十六頁，共六十二頁，2022年，8月28日例鋼樣0.401g經王水溶解后，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至終點。試計算Cr的含量。解：第三十七頁，共六十二頁，2022年，8月28日§9-5有色金屬及其合金一、概述輕有色金屬，比重在4.5以下，如Al、Mg、Na、K、Ca、Sr、Ba等，特點比重小，化學活性大，與O、S、C和鹵素的化合物穩(wěn)定。重有色金屬，比重在4.5以上，如Cu、Ni、Pb、Zn、Sn、Sb、Hg、Cd、Bi等貴金屬，Au、Pt、Ag等，對氧和其他試劑的穩(wěn)定性強，地殼中含量少，開采和提取困難，價格比一般金屬貴。第三十八頁，共六十二頁，2022年，8月28日稀有金屬，在自然界中含量很少，分布稀散或難從原料中提取的金屬，鎬、釹、鐠、釷稀土金屬。半金屬，Si、Se、Te、As、B，物理化學性能介于金屬與非金屬之間，如砷是非金屬但又傳熱導電。第三十九頁，共六十二頁，2022年，8月28日二、鋁及鋁合金1、鋁密度小，約為2.7g/cm3，熔點低，660℃，比重大約是鐵的1/3。塑性高，強度低，導電導熱性好，能與氧生成致密的氧化膜，附著在鋁表面在空氣中具有良好的耐蝕性。鋁廣泛應用于化工、日用品等方面，但鋁不耐堿和鹽，在堿和鹽溶液中，鋁表面的氧化膜很快被破壞，使鋁受腐蝕，因此不能用來做鹽、堿溶液的容器。純鋁主要缺點是強度低，可通過合金化，熱處理加以提高。第四十頁，共六十二頁，2022年，8月28日2、鋁合金鋁合金的品種很多，性能和用途也不一樣，按加工方法可分為兩類：鑄造鋁合金：鑄造性能良好，合金元素總含量約8~25%。變形鋁合金：有冷、熱變形性能，合金元素總含量小于5%，高強度變形鋁合金中合金元素總含量約為8~14%。第四十一頁，共六十二頁，2022年，8月28日三、銅及銅合金1、銅2、銅合金按加入合金元素不同黃銅普通特殊青銅錫青銅無錫青銅（特殊青銅）第四十二頁，共六十二頁，2022年，8月28日四、其他有色金屬及其合金1、鎂及鎂合金2、鈦及其合金3、硬度合金第四十三頁，共六十二頁，2022年，8月28日五、有色金屬及其合金牌號1、有色金屬名稱及代號黃銅H青銅Q鎂合金HB第四十四頁，共六十二頁，2022年，8月28日2、牌號命名（1）以代號字頭后的成分數字或順序號，結合合金類別名稱或組別名稱表示。（2）成分—用化學元素符號表示。（3）其他類別品種以及特殊冶煉和加工方法的制品—漢字或漢語拼音字母表示。第四十五頁，共六十二頁，2022年，8月28日A、純金屬純度隨順序號增加而降低高純金屬相反，在順序號前加0Cu-1：一級純銅Cu-2：二級純銅Al-1：一級純鋁Al-2：二級純鋁Al-01：高級一級鋁Al-02：高級二級鋁第四十六頁，共六十二頁，2022年，8月28日B、合金產品合金元素以百分之幾表示、雜質元素低不標出例：HPb-59-1H-黃銅Cu：59%Pb：1%余量為Zn第四十七頁，共六十二頁，2022年，8月28日例黃銅74.45%，Fe0.11%，Bi0.0018%，Pb2.82%，Sb0.007%，P0.0069%解：黃銅—HCu-74.45%寫作74%Fe、Bi、Sb、P含量低可不標出Pb-2.82%寫作3%牌號為：HPb-74-3如果為鑄造黃銅，則牌號為：ZHPb-74-3第四十八頁，共六十二頁，2022年，8月28日例HAlFe66-6-3說明：H為黃銅含Cu66%含Al6%含Fe3%第四十九頁，共六十二頁，2022年，8月28日例黃銅：Cu-89.14%，Sb-0.0046%，Pb-0.063%，P-0.0079%，Bi-0.0017%Cu以百分之幾標出，雜質元素低不標出解：牌號：H90第五十頁，共六十二頁，2022年，8月28日§9-6有色金屬合金成分分析示例一、銅基合金常規(guī)組分的化學分析1、主體元素測定--Cu電解法+原子吸收法硫代硫酸鈉滴定法第五十一頁，共六十二頁，2022年，8月28日2、合金元素（1）錫----Sn錫能提高黃銅的強度，并能顯著提高其對海水的抗蝕性能，故錫黃銅稱海軍黃銅。錫量測定—次磷酸鹽還原滴定法（0.5~20%）第五十二頁，共六十二頁，2022年，8月28日原理：試樣用HCl+H2O2溶解，樣品中Sn轉變?yōu)镾n(Ⅳ)以HgCl2做催化劑，加次磷酸鹽在隔絕空氣條件下還原Sn(Ⅳ)為Sn(Ⅱ)，Cu(Ⅱ)為Cu(Ⅰ)，以KIO3標準液滴定。IO3-+3Sn2++6H+=3Sn4++I-+3H2OIO3-+5I-+6H+=3I2+3H2O第五十三頁，共六十二頁，2022年，8月28日Cu(Sn)HClH2O2Cu2+Sn(Ⅳ)H2O2分解除去H2PO2-次磷酸根HgCl2（催化）（隔絕空氣）Cu(Ⅰ)Sn(Ⅱ)NH4SCNSn(Ⅱ)CuSCNKI淀粉KIO3終點由白變藍第五十四頁，共六十二頁，2022年，8月28日（2）Zn量測定---EDTA滴定法試樣HClH2O2Fe3+Zn2+Cu2+KFCu2+Zn2+硫脲掩蔽Fe3+、Al3+掩蔽Cu2+Zn2+β-DTCPA掩蔽其他二價離