Как делается хим анализ металла

Анализ химического состава металлов и сплавов

Информация о наличии микропримесей в чистых металлах, компонентов в сплавах необходима для проведения технологических процессов, выполнения исследовательских работ. Данные можно получить несколькими методами, которые отличаются точностью, продолжительностью определения, количеством требуемого оборудования, приспособлений, лабораторной посуды.  

Краткий обзор методов

Анализ состава металла традиционными методами аналитической химии основан на способности к взаимодействию с реагентами. Процедура включает подготовку проб, взвешивание, титрование; требует усилий и времени.

Сейчас химанализ металла классическим аналитическим исследованием на практике проводится редко. Определение состава, основанное на физических явлениях, проходит быстро и результативно.

Так, часто используемый спектральный анализ сплавов имеют следующие достоинства:

• • оперативность исполнения: • минимальное количество вспомогательных приспособлений; • максимальная точность значений; • простота осуществления; • возможность проведения в полевых и стационарных условиях.

Достоверный химический анализ металла проводят на современном спектральном оборудовании, регистрирующем интенсивность волн эмиссии. Надежны, удобны в работе, доступны по стоимости эмисcионные спектрометры отечественной марки. Спектральный анализ стали, других материалов имеет высокую точность, используется при сертификации.  

Суть, возможности атомно-эмисcионных измерений

Спектральный анализ металлов основан на способности атомов в результате возбуждения испускать волны. Процесс инициирует искровое, лазерное, дуговое, другие воздействия. Источник возбуждения расположен в генераторе – блоке спектрометра, который при необходимости легко подлежит замене.

В эмисcионном анализаторе происходит измерение интенсивности оптических волн, испускаемых атомами после перехода в возбужденное состояние. По длине волны и величине пика на спектре автоматически идентифицируется химический элемент, рассчитывается его концентрация.

Атомно-эмисcионная спектроскопия позволяет анализировать вещества в различных агрегатных состояниях. Для измерений требуется минимальное количество материала.

Посредством анализа на стационарном или мобильном спектрометре устанавливают марку стали, степень чистоты металлов; делают химанализ металлических сплавов.

Приборы могут определять массовые доли элементов с пределом детектирования 0,0001%

Дополнительные устройства для работы с оптико-эмисcионным оборудованием

Спектральный анализ металлов и сплавов с лазерным инициированием производится в атмосфере особо чистого аргона. Если степень очистки газа неудовлетворительна, его нужно доочищать. Лаборатория спектрального анализа металлов подлежит укомплектованию устройством для дополнительной очистки газов.

Агрегат позволяет довести до идеального состояния не только аргон, но и гелий, азот, водород, необходимый для многих спектральных исследований. Для извлечения кислорода из рабочей камеры используются вакуумные насосы. Эффективно работает двухступенчатое пластинчато-роторное оборудование.

Существует несколько видов эмисcионных спектрометров, часть их которых производит неразрушающий анализ. Образующийся на поверхности образца очаг эрозии с глубиной несколько микрон не мешает последующей эксплуатации объекта.

В других ситуациях пробу нужно предварительно подготовить, для чего понадобятся специальные устройства.

Рентгено-флуоресцентный спектрометр

Анализ химического состава металла можно проводить с участием рентгеновских лучей. После возбуждения первичными рентгеновскими лучами характеристическое излучение химических элементов образует спектр. Измерение интенсивности флуоресцентных линий дает информацию о концентрации.

Существуют стационарные и мобильные спектрометры, которые проводят экспресс измерения образца без разрушения материала. На приборах с рентгено-флуорнсцентрым принципом действия выполняется спектральный анализ сталей, других сплавов, композитов, сложных веществ Таким методом можно узнать концентрацию 45 химических элементов.

Маленькие атомы с порядковым номером до 11 после возбуждения флуоресцируют слабо, что мешает их идентификации. Эти элементы можно идентифицировать химически или другими физическими методами.

РФА не рекомендован для анализа черных металлов, метод удобен для проведения сортировки лома с учетом ограниченных возможностей идентификации легких элементов Все результаты визуализируются на цветном дисплее, сохраняются в файле приборного компьютера

Для расширения диапазона возможностей портативных рентгено-флуоресцентных спектрометров на них устанавливают дополнительные калибровки. Услуга может быть выполнена на заводе-изготовителе за небольшую цену или в сервисных центрах, имеющихся в Москве, других крупных городах.

Заключение

Спектрометры обеспечивают быстрый и точный анализ химического состава металлов и сплавов. Отечественные модификации имеют оптимальные цены, позволяют оперативно исследовать стальные сплавы, подтверждать марки, контролировать режим плавки в металлургии, качество сырья и продукции в машиностроении. Spectral определения можно проводить в любых условиях, в соответствии с которым следует подобрать модель прибора.

Голосование:

4697

15 ноября 2019

Как проверить химический состав металла

Контроль химического состава сталей и сплавов позволяет прогнозировать свойства готовых изделий и является важной составляющей комплексной проверки качества металла.

Методы химического анализа металлов

Анализ химического состава можно проводить как «мокрой химией», так и инструментальными методами. Метод «мокрой химии» заключается в предварительном растворении пробы и последующим выделении нужных компонентов (осаждением, электрохимическим разделением и др.

) Такой анализ занимает много времени, иногда до нескольких дней и требует специального образования и высокой квалификации инженера.

В противоположность этому инструментальные методы, выполняемые на современных приборах, позволяют проводить анализ химического состава металлов после короткого инструктажа и требуют лишь элементарных навыков работы на компьютере.

Приборы для анализа химического состава металлов

В настоящее время наибольшее распространение получили следующие приборы:

• Стилоскопы
• Портативные рентгенофлуоресцентные спектрометры
• Портативные лазерные спектрометры
• Оптико-эмиссионные спектрометры

Стилоскопы

Стилоскопы являются простейшими спектральными приборами. Суть метода заключается в испарении металла под действием разряда и наблюдении оператором образующегося при этом свечения. По яркости спектральных линий можно судить о концентрации различных элементов.

Стилоскопы имеют невысокую стоимость, но работа на них довольно сложна и требует специальных навыков, обучение которым занимает от нескольких месяцев до нескольких лет. Кроме того, стилоскопы являются оценочными приборами, — результаты анализа зависят от субъективной оценки оператора.

Эта особенность не позволяет использовать данные приборы во многих технологических процессах, когда требуются точные данные об элементном составе металла.

Портативные рентгенофлуоресцентные спектрометры

Портативные рентгенофлуоресцентные спектрометры получили широкое распространение из-за небольшого веса и простоты обращения. Приборы часто называют «пистолетами» из-за внешнего сходства – в приборе есть рукоятка, курок и «дуло», в котором находятся рентгеновская трубка и детектор.

При нажатии на курок трубка начинает генерировать рентгеновское излучение, оно вызывает ответное характеристическое излучение от атомов образца, которое регистрируется детектором. Малые размеры и вес позволяют использовать такие приборы вне лаборатории.

Пробоподготовка не требуется – нужно только очистить поверхность металла от грязи, ржавчины, краски, окалины.

Портативные рентгенофлуоресцентные спектрометры неприхотливы, не требуют периодических рекалибровок, а обучиться работе на них можно за несколько часов, однако существенным ограничением является невозможность анализа углерода, а также высокие пределы обнаружения серы и фосфора.

Оптико-эмиссионные спектрометры

Оптико-эмиссионные спектрометры позволяют анализировать все основные легирующие элементы в сталях и сплавах, включая углерод, серу, фосфор и др. По принципу работы эти приборы схожи со стилоскопами, но спектральные линии анализируются специальными детекторами.

Обыскривание должно происходить в инертной среде, поэтому для работы оптико-эмиссионных спектрометров требуется аргон. Спектрометры этого типа обычно довольно массивны и являются настольными или напольными приборами, а передвижные (мобильные) модели располагают на специальных тележках.

Несмотря на эти недостатки, оптико-эмиссионные спектрометры отличаются надёжностью, простотой эксплуатации, относительно невысокой стоимостью и требуют лишь простейшей пробоподготовки, благодаря чему на сегодняшний день этот метод является основным для анализа химического состава металлов в большинстве промышленных, экспертных и исследовательских лабораторий.

Портативные лазерные спектрометры

В последние годы на рынке появилось большое количество портативных лазерных приборов. По форме и размерам они похожи на портативные рентгенофлуоресентные спектрометры, а по сути работы – на оптико-эмиссионные приборы.

Анализ происходит за счёт измерения интенсивности спектральных линий в оптическом диапазоне, но их появление вызывается воздействием лазера. Портативные лазерные спектрометры выгодно применять при анализе больших потоков лёгких цветных сплавов (алюминия, магния, титана), т.к.

их анализ выполняется быстрее и точнее, чем на портативных анализаторах.

Однако лазерные анализаторы значительно более прихотливы, чем рентгенофлуоресентные спектрометры – они температурозависмы, требуют регулярных перекалибровок и периодического обслуживания, при этом углерод, ключевой элемент при анализе сталей, анализируется со слишком большой погрешностью.

Иные инструментальные методы

Иные спектральные приборы – атомно-абсорбционные спектрометры, оптико-эмиссионные спектрометры с индуктивно-связанной плазмой, фотоколориметры требуют предварительного растворения пробы, из-за чего менее удобны и в настоящее время применяются реже. Тем не менее, в некоторых случаях, они имеют некоторые преимущества.

Заключение

К сожалению, на сегодняшний день не существует универсального прибора, совмещающего в себе все преимущества разных типов приборов, поэтому выбор метода анализа в каждом конкретном случае необходимо основывать на индивидуальном анализе задач предприятия.

Наша компания ООО «ВЕЛМАС» поставляет все виды оборудования анализа химического состава сталей и сплавов. Мы приглашаем Вас ознакомиться с перечнем приборов. Наши компетентные менеджеры проконсультируют вас по всем вопросам и помогут подобрать приборы, подходящие для решения именно ваших задач.

Что такое анализ химического состава металла и сплавов в промышленности

Анализ химического состава металлов и сплавов — неотъемлемая часть многих технологических процессов, используемых в различных отраслях промышленности. Исследование позволяет определить присутствия в образце примесей и включений, а также прогнозировать эксплуатационные характеристики готового изделия.

Для решения этой задачи используются анализаторы — надежные и эффективные приборы, способные работать как в производственных, так и лабораторных условиях.

Назначение

Химический анализ позволяет:

• определить количественный состав;
• исследовать образец на присутствие примесей и определить их концентрацию;
• идентифицировать сплав;
• выяснить соотношение примесей сплава для его маркировки.

Проведение исследования необходимо для:

• экспертизы продукции для определения соответствия действующим стандартам;
• непрерывного контроля технологического процесса;
• входного контроля исходного сырья;
• разработки и создания новых сплавов;
• сертификации продукции;
• освидетельствования чистых металлов.

Основные требования

Для проведения химического анализа металлов и сплавов могут быть использованы различные методы. Однако не все они удовлетворяют следующим требованиям:

• максимальная оперативно;
• высокая точность результатов;
• использование неразрушающих методов;
• простота эксперимента;
• применение в производственных условиях.

Методы атомно-эмиссионного спектрального анализа

Атомно-эмиссионный спектральный анализ (АЭСА) металлов и сплавов получил наибольшее распространение в различных отраслях промышленности.

С его помощью можно исследовать вещества в различных агрегатных состояниях на присутствие многих химических элементов.

Он имеет низкий предел обнаружения элементов, отличается простотой и низкой себестоимостью, что делает целесообразным его использование в лабораториях спектрального анализа металлов, решающих различные аналитические задачи.

Регистрация эмиссионного спектра пробы осуществляется спектрографом, спектроскопом или спектрометром. По этому признаку все способы проведения АЭСА подразделяются на следующие три группы, каждая из которых имеет свою специфику.

Спектрографический

Проводится с использованием спектрографа, который позволяет относительно быстро получить надежные результаты. Метод предусматривает регистрацию атомных спектров на фотопластинку с последующей идентификацией их с помощью планшета или на спектропроекторе.

Преимущества:

• объективность;
• документальность.

Недостатки:

• трудоемкость;
• низкая оперативность.

Спектрометрический

Для исследования пробы применяются приборы с фотоэлектрической регистрацией спектра. Этот вид химического анализа металлов и сплавов относится к объективным методам и позволяет оперативно получать информацию.

Преимущества:

• экспрессность;
• высокая точность результатов;
• полная автоматизация процесса;
• обработка результатов на ЭВМ и их архивирование.

Недостатки:

• сложность эксплуатации оборудования;
• возникновение проблем оптической и электрической стабильности;
• нельзя одновременно регистрировать широкую область спектра.

Визуальный

Отличается от двух предыдущих субъективностью, так как приемником излучения служит человеческий глаз. Несмотря на ограниченные возможности, визуальный спектральный анализ широко используется в промышленности. Особенное значение визуальный метод приобретает при необходимости контроля химического состава легированных сталей в процессе их производства.

Преимущества:

• экспрессность;
• простота;
• проведения анализа в месте нахождения проб;
• низкая стоимость оборудования.

Недостатки:

• невысокая точность результатов;
• не позволяет определять неметаллические элементы.

Заключение

Атомно-эмиссионный спектральный анализ имеет ряд преимуществ по сравнению с другими методами химического анализа.

Он позволяет:

• определять многие элементы бесконтактным способом;
• проводится в кратчайшие сроки;
• обеспечивает высокую точность результатов без необходимости отбора массивных проб.

Методы химического анализа металлов

Химический анализ металлов в современной промышленности позволяет изучить состав предоставленных образцов.

Какие методы химического анализа металлов применяются.

• Спектральный анализ металлов выполняют с помощью рентгенофлуоресцентного метода. Он основан на получении и анализе спектра с помощью воздействия рентгеновского излучения на исследуемый материал. При облучении рентгеном, каждый атом вещества переходит в возбужденное состояние, затем возвращается в спокойное состояние. Весь этот процесс сопровождается образованием излишками энергии, которые испускаются в виде фотона. В зависимости от металла, испускается фотон с энергией определенного значения (явление флуоресценции).

Анализ металлов в данном методе основан на распознавании вещества по энергии и количеству квантов, испустившихся при облучении металла.

• Эмиссионный метод используется в основном в горнодобывающей, обогатительной и перерабатывающей промышленности при выходном контроле продукции и входном контроле сырья, переработке отходов ядерной энергетики. Анализ металлов производят эмиссионными спектрометрами.

Что устанавливает анализ

Каждый из используемых методов позволяет установить определенные параметры в образце, а все вместе они дают представление о детальном составе металла и определить:

• наличие в составе металла примесей;
• их количественное и качественное соотношение;
• химические свойства металла;
• соответствие установленным нормам и требованиям качества и безопасности;
• возможность использования в заявленных направлениях хозяйства;
• степень их устойчивости в агрессивных средах.

Кто проводит исследования

Качественно и результативно, в максимально короткие сроки химический анализ металлов с применением современных методов исследования осуществят специалисты независимой лицензированной компании, имеющие высшее профильное образование и практический опыт проведения данного вида проверок.

Результаты проведенных анализов независимый эксперт оформляет в достоверное заключение, которое может, в случае необходимости, использоваться в судебном заседании в качестве доказательства.

Химический анализ металлов и сплавов («chemical analysis»)

Химический анализ металлов – это основное исследование, которое проводят при изучении характеристик сталей, да и не только сталей, а любого материала, используемого в промышленности.

Лет триста назад, чтобы сделать химический анализ металла необходимо было провести целый ряд химических опытов на каждый определяемый элемент. А такие элементы, как углерод, вообще не поддавались количественному определению.

Даже в середине прошлого века, в век технического прогресса, углерод в сталях зачастую определяли методом «искровой пробы».

Исследуемый образец металла прислоняли к вращающемуся наждачному кругу и по форме и цвету искры определяли тип стали и примерное количество углерода.

Нужно отдать должное металлургам того времени, они достаточно точно для такого метода могли определить процент углерода. Но даже этим мастерам было не по силам определить примесные элементы (S, P, As).

На помощь сталеварам пришел рентген. А именно, энергодисперсионный рентгеновский анализ («energy-dispersive X-ray spectroscopy»).

Суть его заключается в облучении рентгеновскими лучами поверхности исследуемого металла, что провоцирует возбуждение атомов в исследуемом образце. Возбужденные атомы переходят на новый энергетический уровень, испуская свое рентгеновское излучение, длина волны которого является абсолютно уникальной. Вот по этим уникальным волнам и определяются элементы, присутствующие в образце – это так называемы качественный анализ. А по интенсивности данного излучения определяют массовую долю этого элемента – количественный анализ.

Пример рентгенограммы представлен на фото.

Приставки рентгеновского химического анализатора устанавливают на растровые (сканирующие) электронные микроскопы, что вкупе с их высоким разрешением позволяет определять состав даже совсем небольших частиц, такие как неметаллические включения в стали.

Современное программное обеспечение позволяет накладывать уже оцифрованные и посчитанные значения массовой доли элементов на изображение структуры металла, полученное на растровом (сканирующем) электронном микроскопе.

Это позволяет наблюдать распределение по полю исследуемого элемента, а иногда и нескольких сразу. Пример многослойного изображения представлен на фото.

Но рентгеновским методом порой трудно определить легкие элементы, как тот же углерод, например.

Тогда в ход идет оптико-эмиссионый анализ («optical emission analysis»). Его принцип в чем-то схож с рентгеновским. Элементы идентифицируют по уникальной длине волны испускаемой им. Только в этом случае волны находятся в оптическом спектре, они даже различимы человеческим глазом.

Данное свечение получается при помощи нагрева поверхности образца плазмой в инертном газе (в аргоне, например). Плазму получают при помощи обыкновенной электрической дуги. Данный метод позволяет определять содержание даже легких элементов с точностью до тысячной доли процента.

У каждого из этих двух рассмотренных нами методов есть свои преимущества. У оптико-эмиссионного – это простота изготовления оборудования и точность определения элементов.

А у рентгеновского – это возможность делать анализ микрообъектов (при установке приставки на сканирующий электронный микроскоп), таких как неметаллические включения. Совместить сканирующий электронный микроскоп с эмиссионным спектрометром крайне затруднительно из-за технических особенностей этих приборов.

Мы в Компании «Металл-экспертиза» при проведении металловедческой экспертизы используем оба вышеописанных вида химического анализа металлов.

Анализ металлов и сплавов | это… Что такое Анализ металлов и сплавов?

Анализ металлов и сплавов решает аналитическими методами задачу определения элементного состава металлов и их сплавов. Главная цель — проверка сорта сплава или типа и композиционный анализ различных сплавов (количественный анализ).

Методы:

• волнодисперсионный анализ,
• эмиссионный анализ,
• рентгено-флоуресцентный анализ,
• пробирный анализ.

Рентгенофлуоресцентный анализ

Портативный рентгефлуоресцентный спектрометр для анализа металлов и сплавов

Спектр отображающий сплав Al, Fe, Ti

Рентгенофлуоресцентный анализ проводится посредством воздействия на металл рентгеновским излучением и анализа флуоресценции при помощи современной электроники для достижения хорошей точности измерений.

Преимущества метода:

• Неразрушающий анализ.
• Возможно измерение многих элементов с высокой точностью.

Идентификация сплава достигается путем определения уникальной комбинации нескольких элементов в указанных композиционных диапазонах. Точный количественный анализ достигается путем использования соответствующих коррекций матрицы межэлементных влияний.

Анализируемый материал в течение нескольких секунд подвергается рентгенофлуоресцентному воздействию. Атомы элементов в материале возбуждаются и испускают фотоны с энергией, спецефичной для каждого элемента.

Датчик отделяет и накапливает фотоэлектроны, получаемые от образца в энергетические области и, по мере общей интенсивности в каждой области, определяет концентрации элемента.

Энергетическая область, соответствующая элементам Ti, V, Cr, МС, Fe, Co, Ni, Cu, Nb, Mo, Zn, Se, Zr, Ag, Sn, Ta, W, Au, Pb, Bi, Hf, может быть эффективно проанализирована.

РФ анализтор состоит из центрального процессора, рентгеновской трубки, детектора, электронной памяти, хранящей градуировочные данные. Кроме того, память также используется для хранения и обработки данных марок сплавов и других коэффициентов, имеющим отношение к различным специальным режимам работы.

Как правильно, контроль за исследованием осуществляется посредством компьютерной программы, базирующейся на наладонном портативном компьютере (КПК), которая выдает пользователю изображение спектра и полученные значения содержаний элементов.

После проведения анализа значения сравниваются с базой данных по маркам сталей и производится поиск наиболее близкой марки.

Эмиссионный метод

Эмиссионный метод: Один из основных источников случайной погрешности измерений относительных концентраций примеси в эмиссионном спектральном анализе — это нестабильность параметров источника возбуждения спектра.

Поэтому для обеспечения эмиссии примесных атомов из образца и последующего их оптического возбуждения используется низковольтный искровой, так называемый, C, R, L — разряд.

При этом стабилизируется два параметра, от которых зависят процессы эмиссии и оптического возбуждения — напряжение и энергия в разрядном контуре. Это обеспечивает низкое среднеквадратичное отклонение (СКО) результатов измерений.

Особенностью эмиссионого метода является количественное определение легких элементов в сплавах на основе железа (анализ серы, фосфора и углерода в стали). Существуют несколько видов приборов для эмиссионного анализа основанных на искровом и воздухо дуговом методе или их комбинации.

Пробирный метод

Пробирный метод: Пробирная плавка основана на физико-химических закономерностях восстановления металлов, шлакообразования и смачивания расплавленными веществами. Основные этапы пробирного анализ на примера сплава серебра и свинца:

• Подготовка пробы
• Шихтование
• Тигельная плавка на свинцовый сплав
• Сливание свинцового сплава в железные изложницы для охлаждения
• Отделение свинцового сплава (веркблея) от шлака
• Купелирование веркблея (удаление свинца)
• Извлечение королька драгоценных металлов, взвешивание его
• Квартование (добавление серебра, по необходимости)
• Обработка королька разбавленной азотной кислотой (растворение серебра)
• Гравиметрическое (весовое) определение серебра

См. также

Анализаторы химического состава металлов и сплавов, какие бывают?

Современное промышленное производство и весь уклад жизни невозможно представить без средств контроля и анализа продукции.

Металлургия, химическая, горнодобывающая, сельскохозяйственная, пищевая промышленность, геология, машиностроение, металлообработка, научные исследования – всё это объекты постоянного и расширяющегося применения химического анализа, главным образом элементного.

Химическую лабораторию уже не вполне правомочно называть химической, скорее – физико-химической, поскольку современные высокопроизводительные методы анализа основаны на процессах, «исконно» составлявших предмет физики.

Если ограничиться только элементным анализом, то чаще всего это спектральные методы и чаще всего в оптическом или рентгеновском участках спектра.

Используется фундаментальное свойство атомов – поглощать или испускать кванты электромагнитного излучения только строго определённых частот, набор которых уникален для каждого элемента и служит для него своеобразной «визитной карточкой». Регистрация поглощения составляет основу всех разновидностей атомно-абсорбционного метода; все остальные методы химической спектроскопии, в том числе рентгеновской, являются эмиссионными (оптико-эмиссионными в случае оптического диапазона) и имеют дело с излучением, испускаемым возбуждёнными атомами. Попробуем вкратце описать методы оптической спектроскопии, не касаясь пока рентгеновского диапазона,

Назначение

Химический анализ позволяет:

• определить количественный состав;
• исследовать образец на присутствие примесей и определить их концентрацию;
• идентифицировать сплав;
• выяснить соотношение примесей сплава для его маркировки.

Проведение исследования необходимо для:

• экспертизы продукции для определения соответствия действующим стандартам;
• непрерывного контроля технологического процесса;
• входного контроля исходного сырья;
• разработки и создания новых сплавов;
• сертификации продукции;
• освидетельствования чистых металлов.

Классификация

Определение стали как металла с определенным набором характеристик, конечно, не вызывает сомнений. Однако именно ее состав позволяет классифицировать материал по нескольким направлениям. Так, например, различают металлы по следующим признакам:

  Как самостоятельно отличить золото от других металлов

• по химическому;
• по структурному;
• по качеству;
• по назначению;
• по степени раскисления;
• по твердости;
• по свариваемости стали.

Определение стали, маркировка и все ее характеристики будут описаны далее.

Методы атомно-эмиссионного спектрального анализа

Атомно-эмиссионный спектральный анализ (АЭСА) металлов и сплавов получил наибольшее распространение в различных отраслях промышленности.

С его помощью можно исследовать вещества в различных агрегатных состояниях на присутствие многих химических элементов.

Он имеет низкий предел обнаружения элементов, отличается простотой и низкой себестоимостью, что делает целесообразным его использование в лабораториях спектрального анализа металлов, решающих различные аналитические задачи.

Регистрация эмиссионного спектра пробы осуществляется спектрографом, спектроскопом или спектрометром. По этому признаку все способы проведения АЭСА подразделяются на следующие три группы, каждая из которых имеет свою специфику.

Спектрографический

Проводится с использованием спектрографа, который позволяет относительно быстро получить надежные результаты. Метод предусматривает регистрацию атомных спектров на фотопластинку с последующей идентификацией их с помощью планшета или на спектропроекторе.

Преимущества:

• объективность;
• документальность.

Недостатки:

• трудоемкость;
• низкая оперативность.

Спектрометрический

Для исследования пробы применяются приборы с фотоэлектрической регистрацией спектра. Этот вид химического анализа металлов и сплавов относится к объективным методам и позволяет оперативно получать информацию.

Преимущества:

• экспрессность;
• высокая точность результатов;
• полная автоматизация процесса;
• обработка результатов на ЭВМ и их архивирование.

Недостатки:

• сложность эксплуатации оборудования;
• возникновение проблем оптической и электрической стабильности;
• нельзя одновременно регистрировать широкую область спектра.

Визуальный

Отличается от двух предыдущих субъективностью, так как приемником излучения служит человеческий глаз. Несмотря на ограниченные возможности, визуальный спектральный анализ широко используется в промышленности. Особенное значение визуальный метод приобретает при необходимости контроля химического состава легированных сталей в процессе их производства.

Преимущества:

• экспрессность;
• простота;
• проведения анализа в месте нахождения проб;
• низкая стоимость оборудования.

Недостатки:

• невысокая точность результатов;
• не позволяет определять неметаллические элементы.

Структура

Определение состава стали было бы неполным без изучения ее структуры. Однако этот признак непостоянен, и может зависеть от целого ряда факторов, таких как: режим термообработки, скорость охлаждения, степень легирования. Согласно правилам структуру стали следует определять после отжига или нормализации. После отжига металл разделяют на:

• доэвтектоидную структуру – с избыточным ферритом;
• эвтектоидную, которая состоит из перлита;
• заэвтектоидную – со вторичными карбидами;
• ледебуритную – с первичными карбидами;
• аустенитную – с гранецентрированной кристаллической решеткой;
• ферритную – с кубической объемоцентрированной решеткой.

Определение класса стали возможно после нормализации. Под ней понимают вид термической обработки, включающий в себя нагрев, выдержку и последующее охлаждение. Здесь различают перлитный, аустенитный и ферритный классы.

Раскисление сплава

Определение стали по степени раскисления подразумевает три ее вида: спокойная, полуспокойная и кипящая. Само же понятие обозначает удаление кислорода из жидкого сплава.

У спокойной стали при затвердевании газы почти не выделяются. Так происходит из-за полного удаления кислорода и образования сверху слитка усадочной раковины, которую затем обрезают.

У полуспокойной стали газы выделяются частично, то есть больше, чем в спокойных, но меньше, чем в кипящих. Здесь отсутствует раковина, как в предыдущем случае, но вверху образуются пузыри.

Кипящие сплавы выделяют большое количество газа при затвердевании, а в поперечном сечении достаточно просто заметить разницу химического состава между верхним и нижним слоями.

Виды стали и маркировка

Для одних изделий нужна высокая износоустойчивость, для других стойкость к коррозии, а для третьих – магнитные свойства.

Но большая часть сплавов требуется для изготовления конструкционной стали, которая разделяется по видам и маркируется буквами:

• «С» — для строительства. С низким содержанием легирующих компонентов, отличающаяся хорошей свариваемостью.
• Для пружин (пружинная). В данных сплавах присутствуют отличные показатели упругости, сопротивляемости к разрушительным процессам, прочность на усталость. Для изготовления рессор, пружин.
• «Ш» для подшипников. Из названия понятно, что данные сплавы нужны для изготовления элементов подшипников для различных узлов, механизмов. Главные свойства – износоустойчивость, отменная прочность, и малая текучесть.
• Сталь стойкая коррозии или нержавейка. Данный вид отличает высокое содержание легирующих компонентов, повышенная стойкость к агрессивным средам и веществам.
• Жаропрочные марки стали – сплавы, которые могут применяться в изделиях, способных функционировать под нагрузкой при высоких температурах. Сфера применения – элементы различных двигателей.
• «У» для инструментов или инструментальная сталь нашла свое применение в изготовлении инструментов для измерений в металлообработке и для деревообрабатывающей промышленности.
• «Р» быстрорежущая сталь востребована для производства инструментов в металлообрабатывающем оборудовании.
• Цементирующая – сплав, применяемый для узлов и механизмов, которые функционируют при значительных поверхностных нагрузках.

Для остальных сталей (пружинная, инструментальная) не имеют обозначений. Указывается только химсостав.

Кроме видов сталь классифицируется по химсоставу, качеству, способу плавки, структуре, назначению.

Качество

Определение типов стало по качеству возможным по четырем направлениям. Это:

1. Обыкновенного качества – это стали с содержанием углерода до 0,6 %, которые выплавляют в мартеновских печах или в конвертерах с использованием кислорода. Они считаются наиболее дешевыми и уступают по характеристикам металлам других групп. Примером таких сталей являются Ст0, Ст3сп, Ст5кп.
2. Качественные. Яркими представителями этого типа являются стали Ст08кп, Ст10пс, Ст20. Выплавляются они с применением тех же печей, но с более высокими требованиями к шихте и процессам производства.
3. Высококачественные стали плавят в электропечах, что гарантирует увеличение чистоты материала по неметаллическим включениям, то есть улучшение механических свойств. К таким материалам относят Ст20А, Ст15Х2МА.
4. Особовысококачественные — изготавливают по методу специальной металлургии. Их подвергают электрошлаковому переплаву, который обеспечивает очистку от сульфидов и оксидов. К сталям этого типа относят Ст18ХГ-Ш, Ст20ХГНТР-Ш.

Количественный рентгеноструктурный анализ

Рентгеноструктурный анализ осуществляется по рентгенограммам, полученным в режиме шагового сканирования дифрактометре.

Определение фазового состава производится соответствующим программным обеспечением с помощью дифракционной базы данных.

Количество фазовых составляющих определяется путем сравнительной оценки интенсивностей дифракционных отражений (метод RIR — Reference Intensity Ratio).

Подготовка металлических образцов для анализа заключается в получении ровной полированной поверхности достаточной для анализа площади, но не превышающей 45 мм в диаметре.

Рентгенограмма порошка-наполнителя сварочной проволоки

Производители

Среди самых известных компаний, выпускающих анализаторы химического состава металла, можно отметить следующие фирмы:

• Olympus Corporation. Эта японская корпорация специализируется на выпуске фототехники и оптики. Анализаторы этой фирмы пользуются популярностью благодаря высокому качеству. Отзывы потребителей только подтверждают этот факт.
• Focused Photonics Inc. Китайский производитель является одним из мировых лидеров в сфере выпуска различных приспособлений для контроля различных параметров окружающей среды. Анализаторы компании отличаются не только высоким качеством, но и доступной ценой.
• Bruker. Немецкая фирма создана свыше 50 лет назад. Ее представительства имеются почти в ста странах. Приборы от этого производителя отличаются высоким качеством и возможностью широкого выбора моделей.
• ЛИС-01. Аппарат отечественного производства. Выпущен он научным подразделением, офис которого расположен в Екатеринбурге. Основное предназначение аппарата – сортировка лома, диагностика сплавов при входном и выходном контроле. Устройство на порядок дешевле зарубежных аналогов.

В своих отзывах пользователи положительно отзываются о модели MIX5 FPI. Она представляет собой мощную рентгеновскую трубку, имеющую способность предельно точно обнаруживать тяжелые металлы. Отличает прибор простота в эксплуатации: достаточно нажать одну кнопку и дождаться результатов исследования. В скоростном режиме на это потребуется не более 2-3 секунд.

Как маркируются легирующие добавки

Состав стального сплава маркируется буквами кириллицей, и отвечают названиям химических элементов.

В таблице видно, что есть азот и кремний, которые не являются металлами. Не указан углерод, но он присутствует в любом виде стального сплава, поэтому при маркировке просто указывается его процентное содержание.

Рентгеновские анализаторы

В каждом таком аппарате есть:

• рентгеновская трубка, которая флюоресцирует;
• детектор;
• устройство, проводящее регистрацию;
• модуль управления.

Важной особенностью, которая необходима для крупных приемочных пунктов, является адаптация прибора под твердотельный режим функционирования.

Этот тип приборов проводит анализ сразу нескольких десятков элементов в сплавах. Размер пробы может быть ничтожно мал, к примеру, стружка.

Вообще, подойдут даже шлакообразные и пылеобразные элементы до 50 мкм. Работают быстро, так как их не надо каждый раз калибровать под проведение нового анализа. Отдельная настройка осуществляется лишь под определенные сложные задачи.