Состав металла: Металлы. Их разновидности и свойства

alexxlab | 02.05.2023 | 0 | Разное

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.

Наша продукция

Метод проверки химического состава металла

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

• Методы химического анализа металлов
• Приборы для анализа химического состава металлов
• Иные инструментальные методы
• Заключение

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.

Сталь | Состав, свойства, типы, сорта и факты

производство

Посмотреть все СМИ

Ключевые люди:

Эндрю Карнеги Генри Бессемер Сэр Уильям Сименс Джон Огастес Роблинг Чарльз М. Шваб

Похожие темы:

Дамасская сталь углеродистая сталь стальная промышленность мартенситная сталь перлит

Просмотреть весь соответствующий контент →

Резюме

Прочтите краткий обзор этой темы

сталь , сплав железа и углерода, в котором содержание углерода колеблется до 2 процентов (при более высоком содержании углерода материал определяется как чугун). На сегодняшний день это наиболее широко используемый материал для строительства инфраструктуры и промышленности в мире, он используется для изготовления всего, от швейных иголок до нефтяных танкеров. Кроме того, инструменты, необходимые для изготовления таких изделий, также изготавливаются из стали. Как показатель относительной важности этого материала, в 2013 году мировое производство необработанной стали составило около 1,6 миллиарда тонн, а производство следующего по важности технического металла, алюминия, составило около 47 миллионов тонн. (Для списка производства стали по странам,

см. ниже Мировое производство стали.) Основными причинами популярности стали являются относительно низкие затраты на ее производство, формовку и обработку, обилие двух сырьевых материалов (железной руды и металлолома) и беспрецедентный ассортимент механические свойства.

Свойства стали

Основной металл: железо

Изучение производства и структурных форм железа от феррита и аустенита до легированной стали

Посмотреть все видео к этой статье

Основным компонентом стали является железо, металл, который в его чистое состояние ненамного тверже меди. За исключением самых крайних случаев, железо в твердом состоянии, как и все другие металлы, поликристаллично, т. е. состоит из многих кристаллов, смыкающихся друг с другом на своих границах. Кристалл — это хорошо упорядоченное расположение атомов, которые лучше всего можно представить в виде сфер, соприкасающихся друг с другом. Они упорядочены в плоскостях, называемых решетками, которые особым образом проникают друг в друга. Для железа расположение решетки лучше всего представить единичным кубом с восемью атомами железа в углах. Важным для уникальности стали является аллотропность железа, то есть его существование в двух кристаллических формах. В объемно-центрированной кубической (ОЦК) конфигурации в центре каждого куба находится дополнительный атом железа. В гранецентрированной кубической (ГЦК) конфигурации в центре каждой из шести граней единичного куба находится один дополнительный атом железа. Существенно, что стороны гранецентрированного куба или расстояния между соседними решетками в ГЦК конфигурации примерно на 25 процентов больше, чем в ОЦК компоновке; это означает, что в ГЦК-структуре больше места, чем в ОЦК-структуре, для удержания инородных ( , т. е. сплавов) атомов в твердом растворе.

Железо имеет аллотропию ОЦК ниже 912°C (1674°F) и от 1394°C (2541°F) до температуры плавления 1538°C (2800°F). Называемое ферритом, железо в его ОЦК-образовании также называется альфа-железом в диапазоне более низких температур и дельта-железом в зоне более высоких температур. Между 912° и 1394°С железо находится в ГЦК-порядке, который называется аустенитным или гамма-железом. Аллотропное поведение железа сохраняется, за немногими исключениями, в стали, даже когда сплав содержит значительное количество других элементов.

Существует также термин бета-железо, который относится не к механическим свойствам, а скорее к сильным магнитным характеристикам железа. Ниже 770 ° C (1420 ° F) железо является ферромагнитным; температуру, выше которой он теряет это свойство, часто называют точкой Кюри.

Викторина «Британника»

Строительные блоки предметов повседневного обихода

В чистом виде железо мягкое и обычно непригодно для использования в качестве конструкционного материала; основной метод его упрочнения и превращения в сталь – добавление небольшого количества углерода. В твердой стали углерод обычно встречается в двух формах. Либо он находится в твердом растворе в аустените и феррите, либо находится в виде карбида. Форма карбида может быть карбидом железа (Fe ₃ C, известный как цементит), или это может быть карбид легирующего элемента, такого как титан. (С другой стороны, в сером чугуне углерод проявляется в виде чешуек или скоплений графита из-за присутствия кремния, подавляющего образование карбидов.)

Влияние углерода лучше всего иллюстрируется диаграммой равновесия железо-углерод. Линия A-B-C представляет точки ликвидуса (, т. е. температуры, при которых расплавленное железо начинает затвердевать), а линия H-J-E-C представляет точки солидуса (при которых затвердевание завершается). Линия A-B-C показывает, что температура затвердевания снижается по мере увеличения содержания углерода в расплаве железа. (Это объясняет, почему серый чугун, содержащий более 2 процентов углерода, обрабатывается при гораздо более низких температурах, чем сталь. ) Расплавленная сталь, содержащая, например, 0,77 процента углерода (показана вертикальной пунктирной линией на рисунке), начинает затвердевает при температуре около 1475 ° C (2660 ° F) и полностью затвердевает при температуре около 1400 ° C (2550 ° F). С этой точки и ниже все кристаллы железа находятся в аустенитной — , т. е. ГЦК — компоновка и содержат весь углерод в твердом растворе. При дальнейшем охлаждении резкое изменение происходит примерно при 727 ° C (1341 ° F), когда кристаллы аустенита превращаются в тонкую пластинчатую структуру, состоящую из чередующихся пластинок феррита и карбида железа. Эта микроструктура называется перлитом, а изменение называется эвтектоидным превращением. Перлит имеет твердость алмазной пирамиды (DPH) примерно 200 кгс на квадратный миллиметр (285 000 фунтов на квадратный дюйм), по сравнению с DPH 70 кгс на квадратный миллиметр для чистого железа. Охлаждающая сталь с более низким содержанием углерода ( , например, 0,25 процента) приводит к микроструктуре, содержащей около 50 процентов перлита и 50 процентов феррита; это мягче, чем перлит, с DPH около 130. Сталь с содержанием углерода более 0,77%, например, 1,05%, содержит в своей микроструктуре перлит и цементит; он тверже перлита и может иметь DPH 250.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Металлический состав американских монет с 1783 года

Щелкните на изображении, чтобы просмотреть его в полном размере.

Щелкните здесь, чтобы просмотреть состав металла в монетах США в формате PDF. -цент и трехцентовая монета до современных фаворитов коллекционеров, таких как доллары Сакагавеи. Старая американская валюта дает нам возможность заглянуть в американскую историю, например, массовый дефицит меди во время Второй мировой войны привел к тому, что пенни стали делать из стали, или нехватка в 1850-х годах привела к тому, что у пенни на самом деле были дырки посередине. Эти старые американские монеты многое говорят о нашей меняющейся культуре. Мы посмотрим, как изменились монеты, а также зададимся вопросом: «Из чего сделаны монеты?» и посмотрите, как изменились материалы.

Снятые с производства и устаревшие монеты

Конечно, у нас не всегда были только пенни, пятак, десятицентовик, четвертак, полдоллара и доллар, как сегодня. У нас было много недолговечных американских монет на протяжении многих лет:

• Полцента: Эта монета была хитом до 1850-х годов.
• Двухцентовая монета: Эта монета была принята поздно и заброшена рано.
• Трехцентовая фигурка: На этой фигурке была очень крутая шестиконечная звезда.
• 20-центовая монета : Эта монета осталась нелюбимой, потому что люди часто путали ее с четвертью из-за одинакового размера и веса.
• Монеты с орлом: В течение очень долгого времени в США существовала целая система монет с изображением орла: четверть орла (2,50 долл. США), Стелла (4 долл. США), орел (10 долл. США), двуглавый орел (20 долл. США), и многое другое в обращении.

самая старая монета США, отчеканенная , была набором монет Nova Constellatio, которые предшествовали нашей современной системе, но ввели идею десятичного счета. Это была первая валюта в западном мире, которая сделала это.

История США Пенни

Это различные версии знаменитой американской копейки:

• Фугио Цент (1787)
• Серебряный центр (1792)
• Центр серебра (1792)
• Центр (1793) 9
• .
• Cent Cent (1793)
• Либерти-крышка (1793-1796)
• Драпированный бюст (1796-1807)
• Классическая головка (1808-1817)
• Классическая головка (1808-1817)
• Классическая головка (1808-1817)
• Классическая головка (1808-1817)
• . 1839 г.)
• Braided Hair (1839-1857, 1868)
• Ring Cent (1850-1851, 1853, 1884-1885)
• Flying Eagle (1856-1858)
• Indian Head (1859 -1909)
• Lincoln Cent (1909-Present)
  • Steel Cent (1943)
  • Experimental Cents (1942)
  • Double-Die Cent (1955)
  • Aluminum Cent ( 1974-1975)

Из чего сделаны пенни?

Сегодняшняя копейка состоит из 97,5% цинка и 2,5% меди. На протяжении большей части истории США состав пенни состоял в основном из меди, хотя иногда цены заставляли нас немного экспериментировать. Например, в 1940-х годах, во время Второй мировой войны, Монетный двор США изготавливал пенни из стали, пластика и даже стекла. Все это были чрезвычайно редкие американские монеты, поскольку в то время запасы меди сократились. (Забавный факт: медный пенни 1943 года, возможно, является самой популярной американской монетой.) Позже Монетный двор США также выпустил алюминиевый пенни. Когда вообще перестали делать медные монеты? Наш знаменитый цент Линкольна в 1919 году превратился из преимущественно меди в преимущественно цинк.82.

История никеля

Никели, которые в начале назывались «полдаймами» или «полдаймами», также пережили эпоху экспериментов во время Второй мировой войны. Но коллекционерам действительно следует остерегаться пятицентовых монет Liberty Head 1913 года, которые не были разрешены Монетным двором США и встречаются крайне редко.

• Полудайм с распущенными волосами (1794-1795)
• Полудайм с драпированным бюстом (1796-1797, 8000-9)0026
• Кенепенный бюст полупад (1829-1837)
• Сидящий Никель Либерти (1837-1873)
• Вашингтон Никель (1866)
• hicel Nickel (1866)
• hicel (1866). Liberty Head Nickel (1883-1912)
• Buffalo Nickel (1913-1938)
• Jefferson Nickel (1938-present)
  • War Nickels (1942-1945)

The History of десять центов0031

Брат, не мог бы ты дать мне монетку? На протяжении большей части американской истории эта крошечная монета была сделана из серебра, но в 1965 году она перешла в основном на медь. (1837-1891)

Барбер-ДИМ (1892-1916)

Меркурий DIME (1916-1945)

ROOSEVELT DIME (1965-PRESENT)

9999999999999999999999999 гг. 0031

До 1964 года четверть состояла из 90% серебра, но затем перешла на современный состав меди и никеля.

• Драпированный квартал бюста (1796-1807)
• Квартировочный квартал (1815-1839)
• Сиденья Квартал Либерти (1839-1891)
• 999999999191921929219292192921919219219898
0009009ра255555555AREP Постоянный квартал Свободы (1916-1930)
• Вашингтонский квартал (1932-1998)
  • Bicentennial Quarter (1975-1976)
• Washington State Quarters (1999-2008)
• Washington Territories Quarters (2009)
• America the Beautiful Quarters (2010-present)

The История полдоллара

Иностранцы, посещающие Америку, вероятно, должны знать, что современный полдоллара, хотя и все еще находится в обращении, становится все более редкой монетой, которую можно увидеть вовсю. Однако так было не всегда. В истории монет в США это был фаворит.

• Полудебные волосы. Доллар (1839-1891)
• Полумредство парикмахерского (1892-1915)
• Полуделянные либерти Полдоллара Кеннеди (1964-настоящее время)
  • Двухсотлетний полдоллара (1975-1976)

История американских долларовых монет

Еще одна монета, которая используется реже, но все еще находится в обращении. В отличие от британского фунта стерлингов монетная версия доллара США не получила широкого распространения.

• Доллар в континентальной валюте (1776)
• Доллар с распущенными волосами (1794-1795)
• Draped Hair Dollar (1795-1804)
• 1804 Dollar (1834, 1858-1860)
• Gobrecht Dollar (1836-1839)
• Seated Liberty Dollar (1840-1873)
• Gold Dollar (1849-1889)
• Trade Dollar (1873-1885)
• Morgan Dollar (1878-1904-1921)
• Peace Dollar (1921-1935)
• Eisenhower Dollar (1971 -1978)
  • Bicentennial Dollar (1975-1976)
• Susan B. Anthony Dollar (1979-1981, 1999)
• Sacagawea Dollars (2000-present)
• Presidential Dollars (2007-2016)
• Американские инновационные доллары (с 2018 г. по настоящее время)

Хотели бы вы иметь сарай такой же прочный, как стальной пенни? Попробуйте одно из наших нестандартных стальных зданий! Мы специализируемся на крепких металлических конструкциях, от навесов до гаражей.

Хотите разместить эту инфографику на своем сайте?

Вы можете скопировать приведенный ниже код и вставить его на свой веб-сайт.