Химический анализ стали и других металлов и сплавов может проводиться несколькими методами. Это традиционные исследования, в основе которых лежит способность частиц металла вступать во взаимодействие с реагентами. Это метод аналитической химии, который состоит из предварительной подготовки пробы, его взвешивания, титрования. Сегодня такой анализ практически не применяется, так как требует больших затрат времени и усилий.
Метод химического анализа, учитывающий физические явления, считается более результативным и отличается быстротой исследования.
Современное оборудование в виде спектроскопов позволяет получить достоверный результат. Приборы регистрируют частоту эмиссионных волн и выдают анализ химического состава от 20 и более элементов. Поэтому спектральный анализ применяется при сертификации оборудования.
Статьи на тему
химический анализ металлов
Преимущества метода
Благодаря спектральному анализу химического состава можно в короткое время, за несколько минут, точно определить состав исследуемого металла. Другие его преимущества:
- Этот метод не нарушает поверхность материала, т.е. можно продолжать эксплуатировать изделие, материал которого исследовался.
- В основе методики лежит понимание индивидуальность каждого химического элемента. И у каждого в отдельности свой спектр.
- Спектральный метод прост для проведения и достаточно универсален, так как с помощью него проводят исследования не только металла, но и других материалов.
Все эти достоинства объясняют тот факт. что сегодня спектральный анализ является одним из основных форм исследования материала в различных отраслях промышленности, например, в машиностроении и металлургии, в химической промышленности.
Суть, возможности атомно-эмисcионных измерений
Атомы частиц металла в результате возбуждения излучают волны. Это свойство атомов и используется при атомно-эмиссионной спектроскопии. Приборы благодаря генератору излучают волны в виде искрового, дугового или лазерного воздействия. Анализатор измеряет частоту оптических лучей, которые после возбуждения излучают атомы. Идентификация того или иного химического элемента происходит по анализу длины волны и величины верхней точки пика на спектральном луче.
Благодаря атомно-эмиссионной спектроскопии возможны исследования веществ в жидком, газообразном и твердом состояниях. Для анализа необходимо небольшое количество пробы. Стационарный или мобильный спектрометр за короткое время сможет определить марку стали, степень ее чистоты, установить долю разных химических элементов с точностью до 0,0001%.
Спектральный анализ
Одним из методов количественного и качественного анализа является спектральный метод, который работает на основе исследования спектров, возникающих при взаимодействии металла с волнами, излучаемыми прибором. В центре внимания – спектр, образующийся при электромагнитном излучении, спектры акустических лучей, спектры, появляющиеся при распределении частиц по массе и энергии. В комплексе все перечисленные виды анализа дают подробное описание состава материала, подвергающегося исследованию.
Спектральный метод анализа — один из современных методов исследования, который использует свойство атомов излучать и поглощать электромагнитные лучи в переходном состоянии от одного энергетического качества в другое.
Для приведения атомов в такое возбужденное положение в спектроскопии применяются различные световые источники.
Чаще всего используется высокотемпературная или, наоборот, низкотемпературная плазма, которая излучает кинетическую энергию и возбуждает атомы. Специальный регистратор принимает образующиеся спектры и обрабатывает их с помощью специальной компьютерной программы.
Точность метода
Спектральный метод считается одним из самых точных способов анализа химического состава и отличается способностью обнаруживать примеси в составе металла. Показатель точность — от 10-7 до 10-6%, а величина отклонения — всего 0,15…0,3.
Преимущества
- выполнение несложных операций для проведения исследования и получения результатов;
- потребность в минимальных размерах пробы;
- быстрое выявление ненужных примесей;
- высокая точность исследования и гарантия качества работы;
- возможность использования анализа без нарушения производственного процесса
Дополнительные устройства для работы с оптико-эмисcионным оборудованием
Для спектрального метода исследования металлов и их сплавов, использующего лазерное инициирование необходима атмосфера чистого газа аргона. Поэтому его нужно постоянно очищать. Для этого лаборатории, занимающиеся исследованием металлов и сплавов, комплектуются специальными аппаратами для очистки газа. Такое оборудование идеально очищает и аргон, и водород, азот, гелий, т.е. все газы, использующиеся для спектрального метода анализа. Комплектуются лаборатории и вакуумными насосами, с помощью которых извлекают из рабочей камеры кислород. Наибольшей эффективностью обладает двухступенчатое пластинчато-роторное оборудование.
Среди эмиссионных спектрометров выделяются устройства, производящие неразрушающий контроль. Небольшой эррозийный очаг, который образуется на поверхности во время исследования , позволяет эксплуатировать изделие после анализа. Для остальных спектрометров пробу специально готовят, т.е. отливают тем же способом, что и проверяемый материал.
Эмиссионный химический анализ
Благодаря этому методу эксперты за короткое время устанавливают фактический состав металла с вероятностью до 90-100%.
В настоящее время пользуются несколькими видами эмиссионного химического анализа, но наиболее популярным среди них является атомно-эмиссионный анализ. Он чаще всего оказывается востребованным для выявления точных данных о составе и свойствах исследуемого материала.
Указанный метод работает на основе следующего принципа: при нагревании металла до высоких температур атомы вещества возбуждаются и излучают свет с определенной интенсивностью. эксперты обнаруживают химические элементы вследствие того, что каждый из них излучает свет с присущей только ему частотой.
Излучение собирается в фокус специальной оптикой и раскладывается в спектр и фиксируется спектрометром, а точнее, его регистратором.
Затем все результаты загружаются в специализированную компьютерную программу и обрабатываются, выдавая через определенный промежуток качественный и количественный анализ.
Точность метода
Эмиссионный химический анализ — метод, обладающий высокой чувствительностью, благодаря чему эксперт может установить даже незначительные скопления различных примесей в материале в пределах 10-5…10-7%. Значительная концентрация определяется с точностью до 3%
Преимущества
Современные методы эмиссионного анализа обладают многими достоинствами. Среди них:
- способность одновременного установления до 70 элементов в составе металла или исследуемого сплава;
- короткие сроки проведения исследования;
- высокий процент определения примесей;
- высокая чувствительность и точность получаемых результатов;
- полнота полученной информации;
- несложность проведения исследования;
Кроме того, эмиссионный метод способен проводить анализ без разрушений: исследуемое оборудование можно эксплуатировать
Рентгено-флуоресцентный спектрометр
Существуют спектрометры, которые используют в своей работе рентгеновские лучи, используемые для возбуждения атомов веществ материала. После возбуждения образуется спектр. Анализ частоты образующихся флуоресцентных лучей позволяет установить состав материала, независимо от того, сталь это, или сплавы, композит, драгоценные металлы. Тем более, что среди стационарных и мобильных устройств, существуют спектрометры, осуществляющие неразрушающий контроль химического состава и свойств материала. Рентгено-флуоресцентный метод способен выявить до 45 химических элементов, присутствующих в материале. Трудно идентифицируются лишь те элементы, которые излучают слабый свет, как правило, это атомы с порядковым номером до 11. Они обнаруживаются другими существующими методами.
Рентгено-флуоресцентный метод применяют для сортировки металлолома. для этого используется портативный спектрометр, на экране которого показываются все данные. Обработанные результаты сохраняются в памяти компьютера устройства в виде файла. Дополнительные калибровки значительно расширяют возможности спектрометра. Их можно установить за дополнительную цену либо на заводе, изготовившем прибор, либо в специальных сервисных центрах, располагающихся во всех крупных городах.
Металлография.
Наука, изучающая структуру металла и ее влияние на физические свойства материала, называется металлографией. В центре внимания металлографического анализа – установление особенностей структуры на микроуровне и обнаружение различных дефектов: неоднородности, пористости, концентрации примесей, усадочных раковин и других аномалий, способных влиять на прочность материала и изделий из него и стать основой их постепенного разрушения. Существуют стандартные эталоны, характерные для сталей различных марок, поэтому перед металлографическим анализом устанавливают химический состав материала, от которого зависит структура металла. Выполняются такие анализы на специальных фрагментах исследуемого оборудования, вырезанного из определенного участка и подготовленного для анализа (прошедшего этапы шлифовки, полировки и травления).
Металлографические исследования проводятся и для изучения качества сварных соединений, при этом часто выявляются непровары, шлаковые включения, свиши и другие дефекты.
Важно понимать, что для проведения качественных исследований нужны аттестованные лаборатории и грамотные специалисты, имеющие необходимую сертификацию. В ином случае результаты в суде могут засчитать недействительыми.
Наша лаборатория специализируется на выполнении всех перечисленных выше экспертиз и в короткий срок установить все виды повреждений и деформаций автомобилей и других механизмов, трубопроводом, различных металлоконструкций, другого металлического оборудования. Все виды контроля проходят в соответствии с принятыми стандартами на современных исследовательских аппаратах.
Задачи изучения спектров
Атомный спектральный метод дает точные результаты в зависимости от состава и структуры материала, представленного для исследования. Погрешность результатов составляет ±1 – 3%. Это основной метод неразрушающего контроля, основные задачи которого состоят в следующем:
- Анализ состава сплавов в процессе плавки для корректировки с целью получения сплава нужного химического состава;
- Исследование изготовленных сплавов для установления марки сплава, либо точное определение его химического состава или выявление характера концентрации вредных примесей;
- Контроль качества изготовленного оборудования;
- Контроль соблюдения нормативных требований при монтаже выпущенных с конвейера изделий;
- Анализ качества покрытий;
- Анализ географии концентраций примесей и включений в исследуемом материале.
Отливка стали
Анализ качества стали в процессе литья проводится постоянно на всех производственных этапах. Контроль осуществляется с целью получения отливки конкретного состава, соответствующего стандартам для той или иной марки.
Все сырье и комплектующие части поставляются надежными и проверенными поставщиками. Независимо от этого вся поставляемая продукция проходит входной контроль, который проводит отдел контроля совместно с лабораторией. Цель контроля – определение их соответствия сопровождающей технической документации и принятым стандартам.
Лаборатория поставляет для осуществления контроля все необходимое оборудование6 измерительные приборы, стенды, соответствующие методы анализа.
Эксперты отдела контроля осуществляют помощь работникам литейного цеха при изготовлении модельной оснастки, в частности, проверяют соответствие модели технической документации.
Специалисты лаборатории завода контролируют весь процесс изготовления формовочной смеси, форм для литья, металлоплавки, проверяют фактические параметры заявленным данным в КТД.
Процесс контроля производится на современных лабораторных устройствах для установления состава материала и его механических свойств.
Определение химического состава сталей спектральным методом
Для установления химического состава стали наши эксперты используют эмиссионный спектрометр ИСКРОЛАЙН-100 производства России. Устройство включено в Государственные реестры средств измерений таких государств, как России, Казахстана, Беларуси, Узбекистана, что гарантирует нам высокое качество продукции, продаваемого на рынках России и стран СНГ.
Использование эмиссионного спектрометра для анализа дает нам возможность:
- осуществлять быстрый контроль качества выплавляемой стали;
- проводить анализ уже произведенной продукции на присутствие серы, фосфора и углерода в химическом составе;
- определять марку стали с помощью встроенного марочника соответствие этой марки химического состава;
- исследовать сталь в плавильной печи за короткое время для корректировки ее свойств.
Исследование состава сталей осуществляется в соответствии с ГОСТами на методы спектрального анализа. (ГОСТ Р 54153-2010, ГОСТ 18895-97).
Испытания механических свойств металлов
Эксперты лаборатории завода проводят исследования механических свойств материала на соответствие их ГОСТ и ТУ. Для проведения качественных испытаний используются стандартизированное современное оборудование:
- Универсальная испытательная машина (для исследовании материала на растяжение);
- Твёрдомеры (для испытания стали или другого материала на твердость).
- Маятниковый копёр;
- Термостат, используемый для охлаждения материала при анализе на ударный изгиб при возможных низких температурах.
Все устройства, задействованные в испытаниях, соответствуют утвержденным в ГОСТе.
Испытания на растяжение по ГОСТ 1497-84 при комнатной температуре
Степень сопротивления металла или другого материала пластическим повреждениям проверяют в комнатных условиях методом анализа на растяжение по ГОСТ 1497-84. Такие исследования осуществляются с помощью специального устройства для анализа конструкционных материалов «УТС 110М-200 0-У», произведенного в России и состоящего в ГосРеестр средств измерений Российской Федерации.
Основные характеристики устройства:
- наибольшая предельная нагрузка, кН — 200;
- класс точности — 1%;
- соответствие стандартам ГОСТ 28840.
Исследования осуществляются, чтобы измерить :
- напряжение, выше которого начинает происходить пластическая деформация(предел текучести);
- напряжение, которое вызывает разрушение металла (предел прочности);
- свойства пластичности материала , т.е. относительное удлинение δ, которое равно отношению приращения длины фрагмента материала после его разрыва к первоначальной стандартной длине;
- относительное сужение ψ- свойства пластичности исследуемого образца по уменьшению площади поперечного сечения при растяжении.
Испытания на ударный изгиб по ГОСТ 9454-78
Сопротивление металла динамическим (ударным) нагрузкам исследуется при проведении испытаний на состояние ударного изгиба по ГОСТ 9454-78 при плюсовой или минусовой температуре, доходящей до -40°С. Температуру во время испытаний меняют для оценки склонности материала к разрушению при пониженных температурах. Такие исследования осуществляются на материале с U- и V-образным надрезом на российском маятниковом копре ТСКМ-300, который состоит в ГосРеестре российских средств измерений.
Исследования позволяют проверить следующие параметры:
- работу удара (КU или KV);
- ударную вязкость (KCU или KCV);
Технические параметры копра маятникового ТСКМ-300:
- энергия до 300 Дж;
- соответствие ГОСТ 10708.
Испытания на твёрдость по Бринеллю, Роквеллу
Сила сопротивления исследуемого металла давлению со стороны другого твердого тела называется твердостью. Анализ твердости проверяется по методам Бринелля (ГОСТ 9012-59) с помощью твердомера ТШ-2М, для исследований по методу Роквелла (ГОСТ 9013-59) используется твердомер ТР-150Р. Все устройства произведены в России и занесены ГосРеестр средств измерений России.
Метод прямого измерения Роквелла предполагает внедрение в верхний слой материала стальной шар или конус из алмаза. Результаты высвечиваются на приборе.
Метод Бринеля предполагает внедрение в верхний слой материала стальной шара с конкретной силой тяжести, выдерживается определенное время под нагрузкой. Для анализа твердости получившийся отпечаток замеряется специальным оптическим прибором и сравнивается с данными таблиц, находящихся в ГОСТ 9012-59.
Затем сталь из литейного цеха подается в механический цех для дальнейшей обработки.
Заполните форму заказа