分析化學(xué)理化檢驗(yàn)課程第九章金屬材料檢驗(yàn)

1、第九章第九章 金屬材料檢驗(yàn)金屬材料檢驗(yàn)9-1 金屬材料的分類和性能9-2 鋼和鐵9-3 鋼材9-4 鋼鐵分析示例9-5 有色金屬及其合金9-6 有色金屬合金成分分析示例9-1 9-1 金屬材料的分類和性能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。二、金屬材料的性能二、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(jī)械性能：強(qiáng)度、硬度、彈性、塑性、沖擊韌性物理性能：比重、熔點(diǎn)、導(dǎo)電性、熱膨脹性、導(dǎo)熱性、磁性化學(xué)性能：抗蝕性、抗氧化性電磁性能耐熱性9-2 9-2 鋼和鐵鋼和鐵鋼鐵

2、是應(yīng)用最廣的金屬材料、它是鐵和碳的合金。就化學(xué)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(zhì)不同。一、鋼的分類一、鋼的分類1、按化學(xué)成分分碳素鋼低碳鋼 C 0.6%合金鋼低 合金元素總量10%2、按用途分類結(jié)構(gòu)鋼工具鋼特殊性能鋼3、按品質(zhì)分類（含S、P多少）普通鋼（P%0.045、S%0.055）優(yōu)質(zhì)鋼（P%0.040、S%0.040）高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼（P%0.035、S%0.030）4、按冶煉方法分類（1）煉鋼方法和設(shè)備平爐鋼轉(zhuǎn)爐鋼電爐鋼（2）脫氧方式鎮(zhèn)靜鋼半鎮(zhèn)靜鋼沸騰鋼5、鋼的牌號(hào)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(hào)進(jìn)一步

3、把每種鋼的特征全部表示出來，有了鋼號(hào)給生產(chǎn)設(shè)計(jì)，供銷和科學(xué)技術(shù)發(fā)展貿(mào)易都帶來很大便利。鋼鐵產(chǎn)品牌號(hào)表示方法原則鋼鐵產(chǎn)品牌號(hào)表示方法原則（1）牌號(hào)中化學(xué)元素用漢字或國際化學(xué)符號(hào)表示（2）產(chǎn)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(zhì)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(biāo)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(shù)后面加以符號(hào)如：10F表示含碳量0.1%的優(yōu)質(zhì)沸騰鋼，鎮(zhèn)靜鋼則不加符號(hào)。（4）合金元素：平均含量小于1.5%時(shí)，只表明元素不標(biāo)明含量；平均含量大于等于1.5%時(shí)，以

4、百分之幾表示。（5）專門用途鋼則在鋼號(hào)前或后加上表示用途的符號(hào)。例例1 1平均含碳量為0.36%，含錳量為1.51.8%，含硅量為0.400.70%的合金鋼鋼號(hào)為：36 錳2 硅含碳量0.36%（萬分之36）錳1.51.8%標(biāo)出2硅含量小于1.5%只標(biāo)元素不標(biāo)含量例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(hào)為：10 Mn Mo Ti例例3 3含碳量為0.055%，鎳12.06%，Mo2.05，Ti0.407，Cr18.11，高合金鋼的鋼號(hào)為0 Cr18 Ni12 Mo2 TiC0.8%做錳合金鋼Mn10%錳合金鋼特別耐磨B、

5、硅Si脫氧能力比Mn強(qiáng)1%Si0.1% 一般Si1% 硅鋼Si4% 磁性材料C、硫S-有害元素，一般0.050%FeS與Fe形成低熔點(diǎn)共晶體存在于晶界處，當(dāng)鋼加熱到8001200度進(jìn)行加工時(shí)，由于FeS熔化，使鋼材沿晶界開裂，這現(xiàn)象稱為熱脆。D、磷P，一般2.11%C在鑄鐵中存在形式可分為v白口鑄鐵v灰鑄鐵9-3 9-3 鋼材鋼材一、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100200倍4、非金屬夾雜物三、鋼材的檢驗(yàn)1、化學(xué)性能試驗(yàn)2、機(jī)械性能試驗(yàn)3、工藝性能試驗(yàn)4、低倍試驗(yàn)5、高倍試驗(yàn)6、尺寸偏差與幾何形狀偏差檢驗(yàn)9-4 9-4 鋼鐵分析

6、示例鋼鐵分析示例一、鋼鐵中C、S含量測定1、C的測定方法原理：CO2+2KOH=K2CO3+H2OC + O2=CO2測定步驟試樣瓷舟+助溶劑11501350O2CO2、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(shù)V2Gf)V(VC%12f：溫度、壓力校正系數(shù)G：樣品重2、S的測定S有毒元素?zé)岽嘈?、降低鋼?qiáng)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(jù)消耗標(biāo)準(zhǔn)溶液體積計(jì)算S的含量（2）KIO3法基本原理SO2+H2O=H2SO3KIO3+KI+HCl=I2

7、+KCl+H2OH2SO3+I2+H2O=H2SO4+2HI標(biāo)準(zhǔn)溶液 KIO3-KI測定步驟：試樣12501350O2SO2鹽酸淀粉溶液吸收SO2KIO3-KI終點(diǎn)二、碳素鋼和合金鋼中錳量的測定二、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(shí)CrHClO4CrCl2O2 揮發(fā)2、氧化條件氧化條件煮沸1min時(shí)間過長，HMnO4分解時(shí)間過短，氧化不完全三、不銹鋼、耐熱、耐腐蝕鋼中鉻量測定三、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、Cr7

8、C3、Cr3C2等硅化物：Cr2Si等氮化物：CrN、Cr2N等氧化物：CrO3等（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(jīng) H2SO4、HClO4熱至冒白煙。（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(zhuǎn)化為MnO4-MnO4-+NaClAgNO3Mn2+AgCl +Cl22 2、測定步驟、測定步驟試樣HCl、稀H2SO4HClO4Cr3+ MnO4-(NH4)2S2

9、O8AgNO3（催化）Cr2O72-MnO4-NaClMn2+ AgClFe2+(NH4)2FeSO4N-苯基鄰氨基苯甲酸終點(diǎn)根據(jù)（NH4)2FeSO4濃度和消耗體積求出Cr量例鋼樣 0.401g 經(jīng)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/l Fe2+ 25.34ml 至終點(diǎn)。試計(jì)算 Cr 的含量。22.14%100%0.401025.340.2021Cr%3000M(Cr)解：9-5 9-5 有色金屬及其合金有色金屬及其合金一、概述輕有色金屬

10、，比重在4.5以下，如Al、Mg、Na、K、Ca、Sr、Ba等，特點(diǎn)比重小，化學(xué)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(duì)氧和其他試劑的穩(wěn)定性強(qiáng)，地殼中含量少，開采和提取困難，價(jià)格比一般金屬貴。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(xué)性能介于金屬與非金屬之間，如砷是非金屬但又傳熱導(dǎo)電。二、鋁及鋁合金二、鋁及鋁合金1、鋁密度小，約為2.7g/cm3，熔點(diǎn)低，660，比重大約是鐵的1/3。塑性高

11、，強(qiáng)度低，導(dǎo)電導(dǎo)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(yīng)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(diǎn)是強(qiáng)度低，可通過合金化，熱處理加以提高。2 2、鋁合金、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825%。變形鋁合金：有冷、熱變形性能，合金元素總含量小于5%，高強(qiáng)度變形鋁合金中合金元素總含量約為814%。三、銅及銅合金三、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（

12、特殊青銅）四、其他有色金屬及其合金四、其他有色金屬及其合金1、鎂及鎂合金2、鈦及其合金3、硬度合金五、有色金屬及其合金牌號(hào)五、有色金屬及其合金牌號(hào)1、有色金屬名稱及代號(hào)黃銅 H青銅 Q鎂合金 HB2 2、牌號(hào)命名、牌號(hào)命名（1）以代號(hào)字頭后的成分?jǐn)?shù)字或順序號(hào)，結(jié)合合金類別名稱或組別名稱表示。（2）成分用化學(xué)元素符號(hào)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。A A、純金屬、純金屬純度隨順序號(hào)增加而降低高純金屬相反，在順序號(hào)前加0Cu-1：一級(jí)純銅Cu-2：二級(jí)純銅Al-1：一級(jí)純鋁Al-2：二級(jí)純鋁Al-01：高級(jí)一級(jí)鋁Al-02：高級(jí)二級(jí)鋁B B、合金產(chǎn)品、合

13、金產(chǎn)品合金元素以百分之幾表示、雜質(zhì)元素低不標(biāo)出例：HPb-59-1H-黃銅Cu：59%Pb：1%余量為Zn例例黃銅 74.45%，F(xiàn)e 0.11%，Bi 0.0018%，Pb 2.82%，Sb 0.007%，P 0.0069%解： 黃銅HCu-74.45%寫作74%Fe、Bi、Sb、P含量低可不標(biāo)出Pb-2.82%寫作3%牌號(hào)為：HPb-74-3如果為鑄造黃銅，則牌號(hào)為：ZHPb-74-3例例HAlFe66-6-3說明： H為黃銅含Cu66%含Al6%含F(xiàn)e3%例例黃銅：Cu-89.14%，Sb-0.0046%，Pb-0.063%，P-0.0079%，Bi-0.0017%Cu以百分之幾標(biāo)出，雜

14、質(zhì)元素低不標(biāo)出解：牌號(hào)：H909-6 9-6 有色金屬合金成分分析示例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(xué)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2 2、合金元素、合金元素（1）錫-Sn錫能提高黃銅的強(qiáng)度，并能顯著提高其對(duì)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（0.520%）原理：試樣用HCl+H2O2溶解，樣品中Sn轉(zhuǎn)變?yōu)镾n()以HgCl2做催化劑，加次磷酸鹽在隔絕空氣條件下還原Sn()為Sn()，Cu()為Cu()，以KIO3標(biāo)準(zhǔn)液滴定。IO3-+3Sn2+6H+=3Sn4+I-+3H2OIO3-+5I-+ 6H+ =3I2+3H

15、2OCu(Sn)HClH2O2Cu2+Sn()H2O2分解除去H2PO2-次磷酸根HgCl2（催化）（隔絕空氣）Cu()Sn()NH4SCNSn()CuSCNKI淀粉KIO3終點(diǎn)由白變藍(lán)（2 2）Zn量測定量測定-EDTA滴定法滴定法試樣HClH2O2Fe3+Zn2+Cu2+KFCu2+Zn2+硫脲掩蔽Fe3+、Al3+掩蔽Cu2+Zn2+-DTCPA掩蔽其他二價(jià)離子Zn2+EDTAZnYpH56（3 3）P量測定量測定-磷釩鉬黃光度法磷釩鉬黃光度法試樣HCl+HNO3H2O2H3PO4釩酸銨鉬酸銨磷釩鉬三元雜交多酸測A CA 以定量二、鋁合金的分析二、鋁合金的分析1、概述2、鋁及合金樣品的分

16、解鋁易鈍化，并具兩性，可先用NaOH溶解到不溶解時(shí)，再用HNO3溶解。3 3、成份分析、成份分析（1）鋁的測定純鋁測定，鋁合金中通常不測定鋁。（2）Mg的測定EDTA絡(luò)合滴定及光度法。A、EDTA絡(luò)合滴定絡(luò)合滴定樣品溶解Fe3+Mg2+Al3+KF掩蔽Fe3+、Al3+、Sn4+pH=10EDTAEBTMgYB、光度法、光度法鉻度酸2R法（3）鐵的測定鄰菲羅林光度法（4）銅的測定1%以上用電解法或EDTA滴定1%以下用BCO光度法的定n稱取鋼樣0.1000g ，用HNO3溶解后，加入一定量過硫酸銨，加熱煮沸1min，冷卻至室溫，轉(zhuǎn)移至50ml容量瓶并在545nm處測得A值為0.466；另取含錳量為50.0g/ml的標(biāo)準(zhǔn)溶液5.00ml與試樣同樣條件氧化后稀釋至50.00ml，按上述同樣條件測得A值為0.284，計(jì)算鋼樣中錳的百分含量 n稱取0.4010g鋼樣用王水溶解后加硫磷酸氧化,