气体元素在钢中的存在形式以及对钢材性能的影响及金属中气体分析课件.ppt
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- 气体 元素 中的 存在 形式 以及 钢材 性能 影响 金属 分析 课件
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1、气体元素在钢中的存在形式以及对钢材性能的影响气体元素在钢中的存在形式以及对钢材性能的影响碳碳化合碳与游离碳总和,称为总碳量。碳在钢铁中主要以两种形式存在:一种是化合碳化合碳,即碳以化合形态存在,主要以铁的碳化物和合金元素的碳化物形态存在。例如Fe3C、Mn3C、Cr3C2、WC、W2C、VC、MOC、TiC等。另一种是游离碳游离碳,例如铁碳固溶体中的碳、无定形碳、石墨碳、退火碳等,统称为游离碳。在钢中,一般是以化合碳为主,游离碳只存在于铁及经退火处理的高碳钢。气体元素在钢中的存在形式以及对钢材性能的影响气体元素在钢中的存在形式以及对钢材性能的影响随着碳含量的增加钢的焊接性能显著下降,故在普通低
2、合金钢中碳含量一般不超过0.22%钢中碳含量增加时,强度升高,塑性和韧性降低当钢中有形成稳定碳化物时,铌,钛,钒,钼,钨等元素时,其屈服强度的提高更为显著碳还增加钢的冷脆性和时效敏感性,降低钢的抗大气腐蚀能力气体元素在钢中的存在形式以及对钢材性能的影响气体元素在钢中的存在形式以及对钢材性能的影响硫在钢中的存在形式硫在钢中的存在形式少量形成的其他硫化物有硫化钒、硫化锆、硫化钛、硫化铌、硫化铬以及复杂硫化物Zr4(CN)2S2,Ti(CN)2S2等。硫在钢中的固溶量很小,但能形成多种硫化物。当锰含量较高时,主要形成MnS。当锰含量较低时,则主要以FeS状态存在。气体元素在钢中的存在形式以及对钢材性
3、能的影响气体元素在钢中的存在形式以及对钢材性能的影响在钢中加入0.08-0.20%的硫,可以改善切削加工性,通常称易切削钢。使钢产生热脆性,降低钢的延展性和韧性,在锻造和轧制时造成裂纹。硫对焊接性能也不利,降低耐腐蚀性。硫在高级优质钢中含量不得超过0.025%;优质钢中为0.035%-0.040%;普通钢中为0.050%。真空熔融法准确度高,是气体分析的标准方法,但设备和操作繁杂,分析时间长,真空检漏费事。采用惰性气体载流,则设备简单,操作方便,分析速度快。分析的准确度和灵敏度取决于所用装置的结构和测定仪器的精度、操作条件、空白值等。试样须仔细制备,确保表面光洁,无发纹、裂纹、夹杂物、油污等。
4、氢在金属中易于扩散逸出,最好制样后保存在液氮中,并及时分析。金属中气体分析的常用方法金属中气体分析的常用方法熔熔融融抽抽取取法法此法灵敏度一般可达ppm级、0.1ppm级或更高。用高温熔融抽取法抽出的气体通过加热的氧化铜或五氧化二碘,使一氧化碳氧化为二氧化碳,氢氧化为水,以便分离和测定。测定气体的方法有:气相色谱法气相色谱法。将抽取的气体转移到硅胶色谱柱或分子筛色谱柱,用氩作载气,将一氧化碳、氢、氮分离,进入钨丝热导池测量,可同时测定氧、氢、氮的含量。冷凝微压冷凝微压法法。在真空系统内测定除去水汽和二氧化碳气前后的压差,计算氢、氧的含量。质谱法质谱法。将抽取出的气体导入气体分析用的质谱计,测定
5、氧、氢、氮。库仑法库仑法。将二氧化碳导入一定pH的微碱性高氯酸钡电解液中,由于吸收二氧化碳而使pH改变,最后用恒定脉冲电流滴定,使pH复原,从消耗的电量求出含氧量。电电导法导法。电导池中,氢氧化钠溶液吸收二氧化碳后,电导发生变化,测量电导的改变,求出含氧量。红外吸收法红外吸收法。将极性分子一氧化碳或二氧化碳导入红外线吸收池内,按红外线吸收量测定含氧量。非水滴定法非水滴定法。将二氧化碳导入非水溶剂丙酮,用氢氧化钾甲醇溶液滴定,求出氧量。金属中气体分析的常用方法金属中气体分析的常用方法气气体体测测定定方方法法气体分析仪的检测方式 可见光通过三棱镜后可分成红、橙、黄、绿、青、兰、紫彼此相连的七色彩带
6、,这些光的波长为0.380.76微米,这是可以通过肉眼看见的光,还有一些光是看不见的,如波长在0.76420微米的光(即红光以外的光线)称为红外光。红外光又可分为:近红外光(0.7615微米);中红外光(15100微米);远红外光(100420微米)。气体分析仪上使用的红外光线是属于近红外光区域。气体分子吸收红外线的原理,在于气体分本身的结构。按照量子力学的理论,凡是有偶极矩的分子,就可以产生红外吸收。极性分子本身正负电荷中心不重合,发生振动和转动时,就吸收红外光的能量。因此,像CO、SO2等分子是不对称的极性分子,这样的分子要吸收红外光。CO2是一个对称型的分子,是非极性分子,但在振动时,其
7、分子产生瞬间偶极,所以也要吸收红外光。不同的极性分子及CO2所吸收的红外波长是不一样的,这些波长被称为特性波长。如CO2为4.25m、CO为4.65m、SO2为8.69m、H2O为6.6m。根据不同气体具有不同的特征波长这个特点,就可把混合气中某一组分的含量测量出来。金属气体分析所采用的红外分析,均属于不分光的红外光谱分析。由于对称的双原子气体分子如N2、O2、H2、Cl2等,和单原子惰性气体如He、Ar,其本身不吸收红外线辐射,因此红外线吸收光谱法不能分析H2、N2和O2。换言之,不分光红外线吸收法测定CO和SO2时,H2、N2、O2不干扰测定。但水分子偶极矩很大,有强烈的吸收,所以一定要消
8、除H2O的干扰。气体对红外线能量的吸收遵从朗伯-比尔定律:式中:K 被测气体的红外吸收系数(气体种类一定,K既定)C 被测气体的浓度L 红外吸收层的厚度(即池长)I0 红外光源发出的红外能量I 经被测气体吸收后剩余的红外能量由上式可见:吸收产生的能量变化与气体浓度不是线性关系,而是指数关系为使输出信号与被测气体浓度成线性关系,在电路中需加入线性校正电路。KCLeII0上式两边取对数:所以,E光密度(又称吸收度、消光度)在气体分析仪器中,光程长度(L)、气体的吸收系数(K)是常数,仪器的光源也是固定的。透射光的强度(I)与光密度成对数关系,通过电子线路直接将对数转换成数字型的浓度结果显示出来。在
9、式中K是固定的,L在制造检测器时就定下来的,所以E的大小直接反映了被测气体的浓度,即EC;同时也可看出,如果在C不变的情况下,L越大,即E越大(即反应越灵敏)所以加长L,能提高检测器的灵敏度。KCLeII0KCLII0lnlnKCLII0lnEII0lnKCLE 一个典型的红外检测单元由红外光源、斩波马达、精密波长滤光片、聚光锥、带有前置放大器的红外检测器和一个池体组成。斩波马达带动叶片转动“切割”光束,将光源调制为85Hz交变光,使到达检测器中能量信号转变为交流信号,这样有利于抗拒干扰,增加检测信号的信噪比,提高检测的精度。滤光片是一种截取某一窄波长光谱的装置。滤光片的目的就是只允许待测气体
10、所对应吸收的红外线波段通过,其余的干扰组分所对应吸收的红外线波段全不让通过,提高了测定的灵敏度和准确度。红外光源由镍铬丝组成,加热到850可辐射出可见光及红外光谱所有波长的光,经斩波片将此光调制为85Hz的脉冲光源,射向池体,透过池体端面的蓝宝石(CaF2)窗口,进入池体腔内,而后又透过另一端的蓝宝石(CaF2)窗口,经滤光片滤光后,由聚光锥把能量集中到半导体检测器的含锂(LiFO2或LiTaO3)二极管上,在此进行光电转换,获得电信号。当红外池中只通入载气时,输出的电压为8.5V左右。当被测气体(CO2或SO2)经过池体时,吸收红外能量而引起测得电压信号的变化,从而确定被测气体的含量值。最新
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