第五章金属材料分析PPT格式课件下载.ppt

1、还金属材料，以及准晶、微晶、纳米晶金属材料等；还有隐身、抗氢、超导、形状记忆、耐磨、减振阻尼等有隐身、抗氢、超导、形状记忆、耐磨、减振阻尼等特殊功能合金，以及复合金属材料等。特殊功能合金，以及复合金属材料等。第一节 钢铁分析 概述概述 碳的测定碳的测定 硫的测定硫的测定 磷的测定磷的测定 锰的测定锰的测定 硅的测定硅的测定 其它测定法介绍其它测定法介绍 概述概述 了解钢的生产过程，了解钢的生产过程，从而进一步理解五大元素从而进一步理解五大元素在钢中的作用，证明测定在钢中的作用，证明测定的意义的意义 。钢铁是铁和碳的合金，钢铁是铁和碳的合金，其化学成分中大多数元素其化学成分中大多数元素 是铁，还

2、含有碳、硅、锰、是铁，还含有碳、硅、锰、磷、硫等元素。磷、硫等元素。一、钢的生产过程一、钢的生产过程 铁铁矿矿石石和和焦焦炭炭、石石灰灰石石按按一一定定比比例例配配合合，经经过过高高温温煅煅烧烧、冶冶炼炼，则则铁铁矿矿石石被被焦焦炭炭还还原原，生生成成粗粗制制的的铁铁，称称生生铁铁。反反应应历历程程较较复复杂杂，可可用用下下式式代表：代表：铁铁矿矿石石主主要要含含有有硅硅酸酸盐盐状状态态存存在在的的其其他他金金属属或或非非金金属属杂杂质质的的氧氧化化铁铁，经经冶冶炼炼大大部部分分杂杂质质转转化化成成炉炉渣渣，分分离离除除去去，有有少少量量杂杂质质C C、MnMn、SiSi、S S、P P等残存

3、在生铁中。等残存在生铁中。如如果果将将生生铁铁的的其其他他辅辅助助材材料料配配合合，进进一一步步冶冶炼炼，则则杂杂质质被被进进一一步步氧氧化化除除去去，同同时时控控制制含含碳碳量量降降至至一一定定限限度度，硅硅猛猛等等元元素素含含量量很很低低，硫硫磷磷等等杂杂质质降降至至0.05%0.05%以以下下，则则成成为为铁铁及及碳碳的的合金碳素钢合金碳素钢。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

4、 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 1518%V 13%Cr 25%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）碳一）碳1、钢铁中的C来源：碳

5、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。2、形态：两种 碳碳是是对对钢钢性性能能起起决决定定作作用用的的元元素素。碳碳在在钢钢中中可可作作为为硬硬化化剂剂和和加加强强剂剂，正正是是由由于于碳碳的的存存在在，才能用热处理的方法来调节和改善其机械性能。才能用热处理的方法来调节和改善其机械性能。对存在状态的影响对存在状态的影响 灰口生铁，石墨灰口生铁，石墨C C多，软而韧多，软而韧 白口生铁，化合物白口生铁，化合物C C多，硬而脆多，硬而脆 碳素钢据碳素钢据C C 含量分三类，低、中、高碳素钢含量分三类，低、中、高碳素钢（二）硅（二）硅 1 1、来源、

6、来源 由原料矿石引入或脱氧及特殊需要而有意加入。由原料矿石引入或脱氧及特殊需要而有意加入。2 2、形态形态主要以硅化物：主要以硅化物：FeSiFeSi 、MnSiMnSi 、FeMnSiFeMnSi 存在存在在在高高硅硅钢钢中中，一一部部分分以以SiCSiC存存在在，也也有有时时形形成成固固熔熔体或硅酸盐。体或硅酸盐。3 3、性能、性能 （1）（1）增增强强钢钢的的硬硬度度、弹弹性性及及强强度度，提提高高抗抗氧氧化化能能力及耐酸性。力及耐酸性。（2）（2）促促使使C C以以游游离离态态石石墨墨状状态态，使使钢钢高高于于流流动动性，易于铸造。性，易于铸造。（3）（3）类型类型 a a 一般生铁或

7、碳素钢一般生铁或碳素钢SiSi含量含量1%0.8%0.8%碳碳素素钢钢 MnMn 0.3 0.3 0.8%0.8%高高锰锰钢钢高高达达13%13%-14%-14%如如含含锰锰0.8%-14%为为各各种种型型号号的的高高锰锰钢钢，具具有有良良好好的的弹弹性性及及耐耐腐腐蚀蚀性性。用用于于制造弹簧、齿轮、转轴、铁路道岔等。制造弹簧、齿轮、转轴、铁路道岔等。含含Mn 12%-20%的铁合金为的铁合金为镜铁镜铁含含Mn 60%-80%的铁合金为的铁合金为锰铁锰铁 上两种主要用于炼钢做脱硫剂上两种主要用于炼钢做脱硫剂（四）硫（四）硫 1 1 来源来源 主要由焦炭或原料矿石引入钢铁主要由焦炭或原料矿石引入

8、钢铁 2 2 形态形态 主要以主要以MnSMnS或或FeSFeS状态存在状态存在 若：若：3 3 性能性能 使钢产生使钢产生“热脆性热脆性”有害成分有害成分 原因：为什么产生热脆性？原因：FeSFeS的的熔熔点点较较低低，最最后后凝凝固固，夹夹杂杂于于钢钢铁铁的的晶晶格格之之间间。当当加加热热压压制制钢钢铁铁时时，FeSFeS熔熔融融，钢钢铁铁的的晶粒失去连接作用而脆裂。晶粒失去连接作用而脆裂。（五）磷（五）磷 1 来源来源：由原料中引入，有时也为了：由原料中引入，有时也为了特殊需要而有意加入特殊需要而有意加入 2 形态形态：以：以Fe2P或或Fe3P状态存在状态存在 3 性能性能：磷化铁硬度

9、较强，以至钢铁：磷化铁硬度较强，以至钢铁难于加工，并使钢铁产生难于加工，并使钢铁产生“冷脆性冷脆性”也是有也是有害杂质作用害杂质作用（事物都有其另一面事物都有其另一面）P 流动性流动性 易铸造易铸造 并可并可避免在轧钢时轧辊与压件粘合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在特殊情况下常有意加入一定量P达达此目的。此目的。4.类型类型:生生铁铁 P0.3%一一般般碳碳素素钢钢0.06%优质钢优质钢0.03%特特殊殊用用途途：轧轧辊辊钢钢高高达达 0.4 0.5%炼炼钢钢或或铸铸钢钢用用的的磷磷铁铁 15 20%之间之间.以上归纳成如下表：以上归纳成如下表：C CSiSiMnMn

10、S SP P形形态态 固溶体固溶体碳化物碳化物FeFe3 3C,C,MnMn3 3C,CrC,Cr3 3C,C,WC,WC,MoCMoC.游离石墨碳游离石墨碳主要硅化物：主要硅化物：FeSi,MnSiFeSi,MnSi高碳钢部分高碳钢部分SiCSiC有时固熔体或有时固熔体或硅酸盐硅酸盐 MnCMnC,MnSMnS,FeMnSiFeMnSi 固固熔体熔体MnSMnS,FeSFeSFeFe2 2P,P,Fe Fe3 3P P来来源源焦炭焦炭原料矿石；脱原料矿石；脱氧或特殊需氧或特殊需要加入要加入原料矿原料矿石；作石；作脱硫脱脱硫脱氧剂氧剂焦炭或焦炭或原料矿原料矿石引入石引入原料引原料引入；特入；特

11、殊需要殊需要加入加入各元素在钢中的形态和作用表各元素在钢中的形态和作用表硬度硬度高高低低 产生热脆产生热脆性性产生冷脆性产生冷脆性延展性韧性延展性韧性熔点熔点钢中钢中S0.05%生铁生铁0.35%生铁生铁P0.3%一般碳素一般碳素钢钢0.06%优质钢优质钢0.03%轧轧辊钢高达辊钢高达 0.4 0.5%磷铁磷铁 15 20%之间之间弹性强度抗弹性强度抗氧化性氧化性流动性流动性易于铸造易于铸造（促使（促使C以游离态）以游离态）易于铸造防易于铸造防止轧辊轧止轧辊轧件间粘合件间粘合抗酸碱性抗酸碱性检测意义检测意义决定钢铁型号及决定钢铁型号及用途主要指标用途主要指标直接影响钢铁性直接影响钢铁性能控制一

12、定量能控制一定量有害成分严格降至一定量有害成分严格降至一定量三三 、检测意义检测意义 综上所述，综上所述，C C是确定钢铁型号及用途是确定钢铁型号及用途主要指标主要指标 SiSi、MnMn直接影响钢铁性能直接影响钢铁性能（有益的有益的）控制一定量控制一定量S S、P P有害成分有害成分 严格降至一定量严格降至一定量 因此，对于生铁和碳素钢：因此，对于生铁和碳素钢：C C、SiSi、MnMn、S S、P P等五等五种元素的含量是冶金或机械工业化验室日常生产控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制的重要指标.碳的测定碳的测定 测测定定各各种种形形态态的的碳碳属属于于相相分分析析

13、；在在成成分分分分析析中中，一一般般钢钢样样只只测测定定总总碳碳量量。生生铁铁试试样样除除测测定定总总碳碳量量外外，常常分分别别测测定定游离碳和化合碳的含量。游离碳和化合碳的含量。总碳量的测定方法总碳量的测定方法 方方法法有有很很多多，但但通通常常都都是是将将试试样样置置于于高高温温氧氧气气流流中中燃燃烧烧，使使之之转转化化为为二二氧氧化化碳碳再再用用适适当当方方法法测定。测定。归纳起来可分为三大类：物理法物理法 化学法化学法 物理化学法物理化学法燃烧燃烧-气体容积法气体容积法（气体容量法气体容量法）燃燃烧烧-气气体体容容积积法法是是目目前前国国内内外外广广泛泛采采用用的的标标准准方方法法。本

14、本法法成成本本低低，有有较较高高的的准准确确度度，测测得得结结果果是是总总碳碳量量的的绝绝对对值值。其其缺缺点点是是要要求求有有较较熟熟练练的的操操作作技技巧巧，分分析时间较长，对低碳试样测定误差较大。析时间较长，对低碳试样测定误差较大。（一）方法原理（一）方法原理 试试样样在在12001300的的高高温温O2气气流流中燃烧，钢铁中的碳被氧化生成中燃烧，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 用用脱脱硫硫剂剂（活活性性MnOMnO2 2）吸吸收收SOSO2 2生生成成的的COCO2 2与与过过剩剩的的O O2 2经经导导管管引引入入量量气气管管，测测定定容容积积，然然后后通通过过装装有有KOHKOH溶溶液的吸收器，吸收其中的液的吸收器，吸收其中的COCO2 2 COCO2 2十十2KOH =K2KOH =K2 2COCO3 3十十H H2 2O O 剩剩余余的的O O2 2再再返返回回量量气气管管中中，根根据据吸吸收收前