Определение марок сталей по цвету искры

Классификация сталей

Чтобы разобраться с маркировками, необходимо разобраться, как классифицируют стальные сплавы по назначению. Принято определять свойства по нескольким параметрам:

1. Химический состав определяет прочностные показатели. Здесь свойства определяются соотношениями в составе между железом и углеродом. Попутно изменения характеристик зависит от наличия легирующих элементов или веществ, ухудшающих показатели.
2. В зависимости от способов производства меняется структура. Кованые изделия прочнее, литые могут образовывать поры или иные дефекты. При прокатывании через вальцы добиваются упрочнения и получения нужной формы.
3. Для правильного использования определяют те или иные марки по назначению. Особенно важна подобная информация для сталей специального использования. В них даже небольшие изменения в химическом составе могут заметно изменять поведение при нагрузке или эксплуатации в агрессивной среде.
4. Качество стальных слитков зависит от содержания вредных компонентов. Сера и фосфор приводят к хладноломкости и красноломкости, поэтому металлурги стараются удалять из сплавом ухудшающие ингредиенты.
5. Кислород в стальных изделиях изменяет структуру. Для удаления в расплавленную массу вносят раскислители, они образуют окислы, не вносят негативные изменения металл.

Классификация сталей по основным показателям

Классификация по структуре

Структура исследуется на специальных шлифах. Их рассматривают под микроскопом, предварительно обработав полированную поверхность серной кислотой. Принято определять следующие состояния:

• доэвтектоидные характеризуются высоким содержанием феррита. Низкое содержание углерода не позволяет металлу проявлять достаточное сопротивление при механических нагрузках;
• эвтектоидные соответствуют наилучшим соотношением между прочностными и пластичными свойствами;
• заэвтектоидные стали используют при изготовлении инструмента. Их отличают высокая поверхностная твердость, а также сопротивляемость нагружениям;
• ледебуритные содержат карбиды. Металл проявляет излишнюю хрупкость;
• ферритные показатели соответствуют свойствам, присущим чистому железу.

Эвтоктоидная сталь

Доэвтектодная сталь

Ледебурит. Видны включения карбида железа

Для улучшения свойств проводят нормализацию. Она заключается в снятии напряжений из деталей, имевших термообработку, связанную с улучшением свойств. Длительный нагрев и выдержка при температуре выше 720…750 °С, а последующее охлаждение приводит к отжигу. Зерна металла изменяют свой вид.

Верхний ряд показывает шлифы до нормализации, а нижний – после

Лазерные анализаторы химического состава металлов и сплавов

Видео на английском – тест лазерного анализатора Sciaps Laser-Z300

Данные приборы появились сравнительно недавно. Они используют принцип глубинного сканирования образца, используя квантовое лазерное излучение. Поскольку спектр излучения лазера может быть настроен значительно более тонко, чем спектр рентгеновского излучения, то подобного типа анализаторы имеют ряд эксплуатационных преимуществ:

Существенно возрастает количество определяемых химических элементов (до 90, в связи с чем такие установки рекомендуется использовать для определения химического состава сложных многокомпонентных сплавов);

Повышается точность фиксирования того или иного химического элемента, что позволяет идентифицировать сплав даже с процентным содержанием элемента менее 0,0005%;

Прибор пригоден для количественного определении я радиоактивного компонента, что особенно важно для радиационной безопасности оборудования и работающих. Отсекается возможность поступления лома, «грязного» в радиоактивном отношении;. Приборы лазерного типа потребляют значительно меньше энергии, что позволяет длительное время применять их без подзарядки аккумуляторов;

Приборы лазерного типа потребляют значительно меньше энергии, что позволяет длительное время применять их без подзарядки аккумуляторов;

Поскольку скорость лазерного сканирования весьма велика, то процесс выяснения химического состава даже многокомпонентного сплава занимает доли секунды.

Отображение результатов лазерного анализатора на экране смартфона Android

Результат работы лазерного анализатора может выводиться на экран монитора, а может фиксироваться встроенной видеокамерой или выводиться через специальное приложение на экран смартфона.

Справочник: Маркировка стали

Маркировка стали производится несмываемой краской независимо от группы стали и степени раскисления. По соглашению сторон маркировка краской не производится. Буквенные и цифровые обозначения стали: Марки углеродистой стали обыкновенного качества обозначаются буквами Ст и номером (СтО, Ст1, СтЗ и т.д.). Качественные углеродистые стали маркируются двухзначными числами, показывающими среднее содержание углерода в сотых долях процента: 05; 08; 10; 25; 40 и т.д. Буква Г в марке стали указывает на повышенное содержание Mn (14Г ; 18Г и т.д.). Автоматные стали маркируются буквой А (А12, А30 и т.д.). Углеродистые иструментальные стали маркируются буквой У (У8 ; У10 ; У12 и т.д. Здесь цифры означают содержание стали в десятых долях процента).

Первые цифры марки обозначают среднее содержание углерода в стали (в сотых долях процента для конструкционных сталей и в десятых долях процента для инструментальных и нержавеющих сталей). Затем буквой указан легирующий элемент. Цифрами, следующими за буквой,- его среднее содержание в целых единицах. При содержании легирующею элемента менее 1,5% цифры за соответствующей буквой не ставятся. Буква А в конце обозначения марки указывает на то, что сталь является высококачественной. Буквой Ш – особо высококачественной. Сталь обыкновенного качества Ст0; ВСт0, БСт0 – Красный и зеленый Ст1, ВСт1кп – Желтый и черный Ст2, ВСт2кп – Желтый СтЗ, ВСтЗкп, ВСтЗ, БСтЗкп, БСтЗ – Красный Ст4, ВСт4кп, ВСт4, БСт4кп, БСт4 – Черный Ст5, ВСт5 – Зеленый Ст6 – Синий

Углеродистая качественная сталь 08, 10, 15, 20 – Белый 25, 30, 35, 40 – Белый и желтый 45, 50, 55, 60 – Белый и коричневый

Легированная конструкционная сталь Хромистая – Зеленый и желтый Хромомолибденовая – Зеленый и фиолетовый Xромованадиевая – Зеленый и черный Марганцовистая – Коричневый и синий Хромомарганцовая – Синий и черный Хромокремнистая – Синий и красный Хромокремнемарганцовая – Красный и фиолетовый Никельмолибденовая – Желтый и фиолетовый Хромоникелевая – Желтый и черный Хромоникелемолибденовая – Фиолетовый и черный Хромоалюминиевая – Алюминиевый

Коррозионностойкая сталь Хромистая – Алюминиевый и черный Хромоникелевая – Алюминиевый и красный Хромотитановая – Алюминиевый и желтый Хромоникелекремнистая – Алюминиевый и зеленый Хромоникелетитановая – Алюминиевый и синий Хромоникелениобиевая – Алюминиевый и белый Хромомарганценикелевая – Алюминиевый и коричневый Хромоникелемолибденотитановая – Алюминиевый и фиолетовый

Быстрорежущая сталь Р18 – Бронзовый и красный Р9 – Бронзовый

Твердые спеченные сплавы ВК2 – Черный с белой полосой ВКЗ-М – Черный с оранжевой полосой ВК4 – Оранжевый ВК6 – Синий ВК6-М – Синий с белой полосой ВК6-В – Фиолетовый ВК8 – Красный ВК8-В – Красный с синей полосой ВК10 – Красный с белой полосой ВК15 – Белый Т15К6 – Зеленый Т30К4 – Голубой

Основные методы определения марок стали

При работе с металлом и сегодня используется методы определения качества стали при помощи анализа его механических и физических характеристик. Такие методы, в отличие от лабораторных, позволяют приблизительно определить качественные характеристики образца, но для работы, в частности для сваривания металла этого вполне достаточно. К таким методам изучения марок стали относятся:

• Когда дело касается прочности металла, используется метод снятия стружки. Суть его заключается в снятии при помощи зубила металлической стружки. Стружка, которая крошится и сбивается мелкими полосами, характерна для высокоуглеродистых сталей. Длинные полосы пластичной стружки характеризуют металл как сталь с высокой пластичностью.
• Метод закалки используется для примерного определения содержания углерода в заготовке. При помощи полотна пилы на заготовке делаются запилы до и после закалки. Если в обоих случаях металл легко пилится полотном – в нем содержится небольшое количество углерода. Если после обработки надрезы сделать трудно, значит, концентрация углерода стала больше.
• Определение твердости металла с помощью извлечения снопа искр, позволяет приблизительно определить, к какому классу сталей относится металл. Для этого на наждачном кругу делается поверхностная обработка образца заготовки. По форме искр, цвету, и интенсивности снопа искр определяется твердость металла и содержание углерода.

В обычных домашних условиях точно определить марку и состав металла практически невозможно, для этого проводятся лабораторные исследования, в ходе которых делается детальный химический и физический анализ металла. Перечисленные методы дают возможность определить только общие характеристики стали по содержанию в ней углерода, точные характеристики при таких исследованиях не определяются.

Вместе с тем, даже такой экспресс – анализ дает возможность отобрать образцы для изготовления ножей, резцов или деталей узлов механизмов машин с повышенной прочностью и стойкостью к износу.

Рентгенофлуоресцентные варианты

Анализатор металлов этого типа представляют собой чувствительные к свету элементы, способные определить более 40 веществ. Отзывы специалистов отмечают быструю работу данных приборов, а также проведение контроля без нарушения целостности анализируемого объекта.

Благодаря компактности и небольшой массе, рассматриваемые приспособления удобны в работе, оснащены корпусом, защищенным от влаги. Программное обеспечение дает возможность устанавливать эталоны пользователя, вводить требуемые параметры и подключать принтер с последующей распечаткой полученной информации.

Особенностью таких анализаторов является отсутствие возможности фиксирования элементов с атомным номером ниже 11. Следовательно, они не подходят для выявления углерода в чугуне или стали.

Характеристики быстрорежущих сталей

Быстрорежущие стали – сплавы, которые имеют достаточно большое количество легированных добавок. За счет добавления различных химических веществ свойства металла серьезно меняются. Рассматривая характеристики следует отметить, что материал подобного типа специально создается для эксплуатации при высоком показателе трения, который возникает на момент резания. Состав быстрорежущей инструментальной стали существенно повышает твердость металла, за счет чего он может работать на повышенной скорости.

Основные характеристики быстрорежущих сталей

Характеристики быстрорежущей стали следующие:

1. Высокая твердость. Рассматривая основное назначение подобного металла следует учитывать, что он может использоваться для обработки деталей или заготовок путем резания. Как показывают проведенные тесты, качественная быстрорежущая сталь сохраняет свои основные эксплуатационные качества при нагреве инструмента даже до температуры 6000 градусов Цельсия. Кроме этого быстрорежущая сталь обычного качества может иметь даже меньшую твердость в сравнении с обычным углеродистым металлом.
2. Повышенная стойкость к высокой температуре. Устойчивость к воздействию повышенной температуры определяет то, как долго инструмент сможет работать без изменения своих эксплуатационных качеств. Из-за слишком высокого показателя трения металл может нагреваться, что становится причиной изменения кристаллической решетки. В результате основные свойства быстрорежущей стали могут существенно измениться. Как правило, нагрев становится причиной повышения пластичности и снижения твердости, за счет чего износ поверхности проходит намного быстрее.
3. Устойчивость к разрушению. Режущий инструмент, который может работать на высокой скорости, должен обладать повышенной механической устойчивостью. Кроме этого инструмент может работать при высоком показателе подачи, что позволяет работать на большой глубине резания.

Именно химический состав быстрорежущей стали определяет ее основные эксплуатационные качества.

Как проверять?

Владельцам украшений из платины стоит помнить:

1. Платина — дорогой и тяжелый металл, из нее часто изготавливают украшения небольшого размера.
2. Платину могут заменить серебром, но распознать такую подмену можно по цвету.
3. Тяжелее всего отличить от оригинала украшение, на которое нанесли слой платины.
4. Клеймо на поверхности изделия не должно вызывать сомнений.
5. Платина не боится высоких температур и реагентов.

Стоимость платины постоянно увеличивается, в мире не так много этого металла. Поэтому, если в магазине покупателю предлагают приобрести изделие внушительного размера из платины, при этом его стоимость достаточно низка, стоит отказаться от покупки. Платину дешево не продают, да и украшения из нее делают маленькие, металл слишком тяжелый.

Банковский слиток платины

Серебро и платина похожи внешне, поэтому дорогой металл часто заменяют серебром. Такая подделка выдаст себя черным оттенком и пластичностью. Серебро не устойчиво к повреждениям, на его поверхности останется след, а вот испортить таким образом изделие из платины не получится.

Марки сталей для силовых трансформаторов

Магнитопроводы трансформаторов низкой частоты (50 Гц) выполняются обычно из листовой электротехнической стали, содержащей от 0,5 до 5% кремния (Si), до 1% углерода (С), остальное железо (F). Ввиду того, что их потери с повышением частоты значительно возрастают, они обычно применяются в пределах не выше звуковых частот. Марки электротехнических сталей, выпускаемых согласно ГОСТ 802-58, обозначаются буквой Э, что означает электросталь. Первая цифра указывает на средний процент содержания кремния, вторая характеризует электромагнитные свойства: цифра 1—потери обычные, 2 — пониженные, 3 — совсем малые, 4 — нормальные при 400 Гц. Вторые цифры 5 и 6 говорят о повышенной магнитной проницаемости в слабых полях (менее 0,01 ав/см), 7 и 8 — в средних полях (0,1—10 ав/см). Третья цифра 0 указывает, что сталь холоднокатаная текстурованная. Третья и четвертая — 00 — обозначают сталь холоднокатаную малотекстурованную. Буква А после цифр обозначает особо низкие удельные потери. Для стали повышенной точности проката и отделки поверхности в конце вводится буква П. Холоднокатаные стали Э310—Э380, помимо кремния (3—3,25%) и углерода (0,0003%), содержат серу (0,003%), марганец и фосфор (менее 0,1%,). Эти стали отличаются от других тем, что имеют высокую проницаемость вдоль проката и пониженную поперек проката. Одним из основных параметров стали являются потери в стали, состоящие из потерь на гистерезис, на вихревые токи и на последействие. Потери на гистерезис — это работа, затрачиваемая на перемагничивание стали. Обычно принимают, что потерн на гистерезис не зависят от толщины листа, но при прокате листа 0,2 мм и тоньше сталь уплотняется (так как доводка до требуемых величин и для горячекатаных сталей производится на холодных листах) и потери на гистерезис увеличиваются. Потери на гистерезис на один цикл перемагничивания (при постоянной индукции) в пределе 10—20-кратного изменения частоты (50 — 1000 Гц) практически можно считать постоянными. Следовательно, при отнесении к единице времени (1 сек) они увеличиваются пропорционально увеличению частоты. Вихревыми токами называются токи, появляющиеся в стали под действием э. д. с., наводимой магнитным потоком (в плоскостях, перпендикулярных направлению потока). Эти токи приводят к потерям. С уменьшением толщины пластины уменьшается э. д. с. пластины и увеличивается омическое сопротивление стали. Общие потери в стали магнитопровода на вихревые токи снижаются примерно пропорционально уменьшению толщины пластины. Но токи могут замыкаться и в толще магнитопровода через контактирующие поверхности пластин, поэтому между пластинами должна быть изоляция, особенно при увеличении ширины пластин и повышении индукции. Помимо толщины листов, на величину вихревых токов и потерь влияет омическое сопротивление стали (не смешивать с магнитным сопротивлением). Омическое сопротивление стали (как и провода) в Омах соответствует сопротивлению 1 м длины при сечении 1 мм 2 . С увеличением процентного содержания кремния увеличивается омическое сопротивление стали. Потери увеличиваются пропорционально квадрату повышения частоты. Потери на последействие вызываются магнитной вязкостью материала и зависят от обработки ферромагнитных материалов. Определяются они по разности между общими потерями и потерями на гистерезис и на вихревые токи. С увеличением частоты эти потери пропорционально увеличиваются. Полные активные потери электротехнических сталей при изменениях индукции (в пределах рабочих значений) изменяются пропорционально квадрату индукции, при индукциях ниже 0,5—0,7 тл они несколько завышаются против этого соотношения. Полные активные потери в стали и реактивная составляющая определяют величину тока намагничивания. В таблице 1 приведены активные потери при частоте 50 Гц для основных электротехнических сталей.

Таблица 1 — Активные потери для основных электротехнических сталей при частоте 50 Гц

Источник

Примерные расшифровки

Чтобы было понятно, как расшифровываются разные виды сталей, приведем несколько примеров, которые дают знания о маркировке.

• Р6М5Ф2К8. Данная маркировка указывает, что это сталь быстрорежущая, в ней содержатся компоненты в процентном отношении: молибден 5, ванадий 2, кобальт 8. Такой элемент, как хром есть во всех сталях данного вида, поэтому его не вносят в маркировку. Также здесь есть вольфрам, но его количество может изменяться. В данной маркировке его 6 процентов.
• У10ГА. Маркировка относится к инструментальному стальному сплаву, содержит 10 процентов углерода. Сталь качественная, имеет в своем составе марганец.
• 20ХГСА расшифровывается: углерод – 0,2 % (цифра впереди аббревиатуры). Затем в состав входит хром – Х, марганец – буква Г, кремний с полуторапроцентным содержанием (С). Буква «А» в любом сплаве обозначает высокое качество.

Зная условные обозначения можно легко определить марку стали.

• Теоретические основы и технология восстановительной плавки металлов из неокускованного сырья / С.В. Дигонский. — М.: Наука, 2007.
• Московский институт стали и сплавов. Фрагменты истории / В.А. Роменец. — М.: МИСИС, Руда и металлы, 2004.
• Справочник теплоэнергетика предприятий цветной металлургии. — М.: Металлургия, 1982.
• Статья на Википедии

Сферы применения основных металлов

Рассматривать радиоактивные и редкоземельные металлы не имеет смысла, так как в производстве крепежа они практически не принимают участия, как и в других сферах, не связанных с атомной энергетикой и некоторыми редкими видами промышленности. Нас интересуют основные металлы и сплавы рассмотренные выше.

Сферы их применения очень разнообразны:

• строительство,
• авиастроение,
• машиностроение,
• производство инструментов,
• металлоконструкции,
• станкостроение.

И так далее. Изготовление крепежа можно отнести нескольким категориям, но по сути, это металлоконструкции, называемые в народе Метизы. Для производства метизов используются десятки различных металлов и сплавов, от конструкционной стали и чугуна, до сложных сплавов на основе титана и меди.

Коротко по каждому виду, применяемому для изготовления крепежей

Перед тем как перейти к описанию конкретных видов металлов и сплавов, необходимо определиться, какие основные технические требования предъявляются к продуктам, попадающим под категорию «крепеж». Их несколько:

• прочность учитывается прочность на разрыв и излом.
• Пружинистость. Возможность металла возвращать изначальную форму после сжатия.
• Устойчивость к коррозии и окислению. Актуально для всех видов крепежа.

И многое друге. Теперь поговорим о конкретных металлах и сплавах. Их список выглядит следующим образом:

1. Алюминий и сплавы на его основе,
2. Медь,
3. Латунь,
4. Бронза,
5. Инструментальная сталь,
6. Легированная сталь,
7. Ковкий чугун,
8. Сталь нержавеющая.

Начнем по порядку: первый пункт – это алюминий и сплавы на его основе. Он применяется при изготовлении клепок и различных зажимов. Также в клепках может быть использована медь для повышения качества метиза. Помимо этого из меди изготавливают гайки специального назначения. Они используются, в частности, при судостроении, так как медь при контакте с другими металлами не создает искру.

Латунь и бронза отличаются повышенной, по сравнению с медью, прочностью, поэтому из них изготавливают различные шпонки, элементы анкеров, а также болты, шурупы и винты. Еще одна особенность этих сплавов заключается в отсутствии скипания. То есть при электрическом замыкании, сталь сплавляется, а медь остается цельной и не разрушается.

Из легированной и конструкционной стали изготавливаются барашковые гайки, струбцины и прочие удерживающие элементы. Это обусловлено высокой прочностью этих марок. Нержавеющая сталь, в свою очередь применяется там, где необходима максимальная устойчивость к коррозии. Что касается чугуна, то он чаще всего применяется при производстве запорной арматуры, то есть вентилей и запоров.

Оптико-эмиссионные модели

Оптико-эмиссионный анализатор металлов используется при исследовании различных конструкций, заготовок, деталей и слитков. Применяется искровой или воздушный дуговой способ анализа. В первом случае отмечается некоторое испарение металлического сплава.

Рабочей средой рассматриваемых приборов является аргон. Для изменения режима функционирования приспособления достаточно заменить насадку на специальном датчике. Химический состав сплава распознается и фиксируется при помощи оптического спектрометра.

Имеется несколько режимов исследования, а именно:

• Определение марки металла с использованием специальной таблицы.
• Сравнение эталонного спектра с аналогом исследуемого сплава.
• Функция «да – нет», определяющая заданные характеристики сырья.

Данное устройство работает с ферритовыми, алюминиевыми, титановыми, медными, кобальтовыми, инструментальными сплавами, а также низколегированной и нержавеющей сталью.

Как определить марку стали

Существует просто огромное количество различных вариантов исполнения стали, каждая марка характеризуется своими определенными особенностями. Если производитель не провел маркировку, то узнать особенности металла можно только при самостоятельном проведении различных тестов. Об этом далее поговорим подробнее.

Как определить марку стали

Методы определения марки стали

Довольно распространенным вопросом можно назвать то, как определить марку стали. Выделяют несколько распространенных методов:

1. Первый предусматривает снятие стружки с поверхности, для чего может использоваться зубило. При высокой концентрации углерода она будет короткой и ломкой. Снижение показателя становится причиной повышения пластичности. Однако, точно определить марку подобным методом не получится.
2. Второй метод предусматривает закалку изделия, после чего приходится проводить надпилы. Если до закалки и после материал пилится просто, то в составе небольшое количество углерода. За счет повышения концентрации углерода после обработки поверхность становится слишком твердым.
3. Определение марки стали по искре основывается на визуальном осмотре искр, которые образуются при обработке поверхности точильным кругом. С увеличением размеров искр и их количества повышается показатель твердости, который зависит непосредственно от концентрации углерода. Подобный тест не дает на точный результат, так как от силы нажатия и некоторых других моментов зависят основные характеристики отлетающей стружки. Можно встретить таблицы, по которым проводится расшифровка качеств материала по стружке.

Метод искровой пробыПрибор для определения марки стали

Определить марку можно также по цвету образующихся искр. Для этого были составлены специальные таблицы. В домашних условиях провести тест можно только в случае правильного освещения. Однако, точно идентифицировать материал подобным образом нельзя. Вариант с легирующими элементами идентифицировать можно и по другим эксплуатационным характеристикам, к примеру, устойчивости к воздействию повышенной влажности или сильному магнетизму.

На территории СНГ применяемые стандарты обозначений характеризуются тем, что могут использоваться для указания основных элементов. При рассмотрении вопроса расшифровки марки отметим следующие моменты:

1. Часто проставляется сокращение «Ст». В других случаях и вовсе не ставится никаких сокращений, только цифры.
2. В большинстве случаев первая цифра указывает на концентрацию углерода. Последующие могут применяться для указания количества легирующих компонентов.
3. В состав могут включаться легирующие компоненты, которые существенно изменяют свойства материала. Примером можно назвать включение хрома, за счет чего повышается устойчивость к воздействию повышенной влажности.

Классификация сталей по назначению

Расшифровка маркировки проводится при использовании таблиц, в которых указывается обозначение химического элемента.

Маркировка сталей по международным стандартам и стандартам СНГ

Для того чтобы провести расшифровку марки можно использовать самые различные стандарты. Некоторые сплавы обозначаются определенными символами, которые указывают на предназначение металла.

Примером можно назвать нижеприведенные моменты:

1. Буква «Ш» применяется для обозначения металлов, которые применяются для изготовления подшипников. Они характеризуются повышенной устойчивостью к износу.
2. Качественные легированные заготовки обозначаются буквой «Л». Зачастую символ указывается в конце.
3. Для обозначения термоупрочненного проката применяется «Т».
4. Высокую коррозионную устойчивость заготовки определяют по букве «К».
5. Если в состав включается медь, то при указании марки используется символ «Д».
6. Инструментальные можно определить по букве «У». Они зачастую применяются при изготовлении различных инструментов, которые характеризуются высокой износоустойчивостью.
7. Символ «Р» указывается для обозначения сплавов, в состав которых включается вольфрам. Подобное вещество существенно повысить жаропрочность структуры.

Путем расшифровки марки можно определить то, какие химические элементы включены в сплав. Цифры в большинстве случаев указывают на концентрацию, символы тип сплава и конкретные химические элементы.

Европейская система маркировки сталейМарки углеродистых сталей по ГОСТу и по международным стандартам ИСО

В заключение отметим, что в продаже встречается просто огромное количество изделий, во многих случаях марка проставляется производителем. Самостоятельно определить состав без использования специального оборудования практически невозможно.

Спектральный анализ металла, его особенности и применение оптико-эмиссионных спектральных приборов

Оптический эмиссионный спектральный анализ (ОЭСА) – один из наиболее распространенных методов анализа элементного состава металлических сплавов и других материалов. Оптический эмиссионный спектрометр используется для измерения массовой доли химических элементов в металлах и сплавах и применяется в аналитических лабораториях промышленных предприятий, в цехах для быстрой сортировки и идентификации металлов и сплавов, а также для анализа больших конструкций без нарушения их целостности.

В качестве источника света в приборе для оптико-эмиссионного анализа используется плазма электрической искры или дуги, которую получают с помощью источника возбуждения (генератора). Принцип основан на том, что атомы каждого элемента могут испускать свет определенных длин волн — спектральные линии, причем эти длины волн разные для разных элементов.

Для того чтобы атомы начали испускать свет, их необходимо возбудить электрическим разрядом. Электрический разряд в виде искры в атмосфере аргона способен возбудить большое количество элементов. Достигается высокотемпературная (более 10000 К) плазма, способная возбудить даже такой элемент, как азот.

В искровом штативе между вольфрамовым электродом и исследуемым образцом возникают искры с частотой от 100 до 1000 Гц. Искровой стол имеет световой канал, по которому полученный световой сигнал попадает в оптическую систему. При этом световой канал и искровой штатив продуваются аргоном. Попадание воздуха из окружающей среды в искровой штатив ведет к ухудшению пятна обжига и соответственно к ухудшению качества химического анализа пробы.

Оптическая система по схеме Пашена-Рунге

Спектральное разрешение оптической системы зависит от фокального расстояния, количества штрихов используемой дифракционной решетки, параметра линейной дисперсии и квалифицированном выполнении юстировки всех оптических компонентов. Для хорошей видимости спектра оптическая камера должна быть заполнена инертным газом (аргоном высокой частоты) или вакуумирована.

В качестве регистрирующих элементов современные приборы анализаторы металлов, оснащаются CCD детекторами (или ФЭУ), которые преобразуют видимый свет в электрический сигнал, регистрируют его и передают на компьютер для дальнейшей обработки. В итоге на экране монитора мы наблюдаем концентрации элементов в долях процента.

Интенсивность спектральной линии анализируемого элемента, помимо концентрации анализируемого элемента, зависит от большого числа различных факторов. По этой причине рассчитать теоретически связь между интенсивностью линии и концентрацией соответствующего элемента невозможно. Вот почему для проведения анализа необходимы паспортизированный стандартные образцы, близкие по составу к анализируемой пробе. Предварительно эти стандартные образцы экспонируются (прожигаются) на приборе.

Спектральный прибор для анализа металлов

По результатам прожигов для каждого анализируемого элемента строится градуировочный график, зависимость интенсивности спектральной линии элемента от его концентрации. Впоследствии, при проведении анализа проб, по этим градуировочным графикам производится пересчет измеренных интенсивностей в концентрации.

Следует иметь виду, что реально анализу подвергается несколько миллиграммов пробы с ее поверхности. Поэтому для получения правильных результатов проба должна быть однородна по составу и структуре, при этом состав пробы должен быть идентичным составу анализируемого металла. При анализе металла в литейном производстве для отливки проб рекомендуется использовать специальные кокили. При этом форма пробы может быть произвольной. Необходимо лишь, чтобы анализируемый образец имел достаточную поверхность и мог быть установлен в/на штатив. Для анализа мелких образцов, например прутков или проволоки, используются специальные адаптеры.

Виды и принципы работы анализаторов

Анализатор — сложный высокотехнологичный прибор, который требует серьезных материальных вложений. Любителей сделать все своими руками придется разочаровать: данных о такой возможности не нашлось.

Существует два вида этих устройств:

• лазерный, использующий оптическую эмиссию;
• рентгеновский, получающий информацию об объекте с помощью рентгеновских лучей.

Исходя из этого принципа работы, анализаторы делятся на:

Оптико-эмиссионные

• конструкций,
• деталей,
• заготовок,
• слитков и прочего

применяют метод как искрового анализа, так и воздухо-дугового. Возможно также сочетание сразу двух методов. При искровом, правда, необходимо незначительное испарение металла или сплава.

Аргон или воздух является рабочей средой оптико-эмиссионных анализаторов металлов и сплавов. Чтобы поменять режим работы прибора, достаточно заменить на датчике насадку. Химический состав металла распознают по излучению и регистрируются оптическим спектрометром.

• «марочник» определяет марку металла при помощи таблицы;
• «отпечаток пальца» – эталонный спектр сравнивается со спектром сплава;
• режим «да–нет» определяет заданный параметр или заданную марку металла.

Эти приборы имеют большие возможности для работы со следующими сплавами:

• ферритовыми;
• неферритовыми;
• инструментальными;
• низколегированными;
• нержавеющей сталью;
• алюминиевыми;
• титановыми;
• на основе никеля, кобальта, цинка и меди;
• многими другими.

Оптико-эмиссионные анализаторы оснащены насадками разных форм и размеров, которые применяются для работы в труднодоступных местах.

Рентгенофлуоресцентные

Светочувствительные элементы анализатора определяют до 45 химических элементов. Такие анализаторы работают быстро и контроль также проводится без разрушения объекта исследования.

Вес и габариты их небольшие, а корпус пылевлагонепроницаемый, что облегчает работу с прибором. Программное обеспечение анализатора позволяет выполнять следующие действия:

• устанавливать эталоны пользователя;
• задавать параметры;
• подключать принтер и распечатывать полученные данные.

• компактности;
• невысокой цене;
• простоте использования.

Такие анализаторы не «видят» элементы, у которых атомный номер ниже 11. Аппарат не регистрирует «легкие элементы», которые расположены в первых двух строчках таблицы Менделеева.

Это касается и углерода, что делает невозможным применение анализатора для проверки количества углерода в чугунах и сталях.

Плюсы и минусы

Названные выше типы анализаторов обладают немного различными качествами и имеют как плюсы, так и минусы. Чтобы проще было разобраться в их достоинствах и недостатках, мы составили списки, куда включили все важные качества.

Оптико-эмиссионные

Вот основные достоинства и недостатки этих устройств:

обнаруживают даже незначительные примеси в металлах

Необходимая функция для проверки чермета, где в сплаве важно количество фосфора, углерода и серы; благодаря высокой точности, подходят для проведения сертификационного анализа; аппарат продают с уже загруженными в него аналитическими программами (калибровками). Это осложняет анализ сплава неизвестного происхождения, ведь прибор опознает только известный ему сплав; обязательно надо провести подготовку пробы — образец затачивают на шлифовальном круге или обрабатывают напильником

Это делают чтобы снять верхний загрязненный слой.

Рентгенофлуоресцентные

Вот основные достоинства и недостатки:

• менее точны, но, для работы с ломом и сортировочных задач их способностей хватает;
• этот метод анализа можно назвать универсальным – прибор обнаружит все элементы, которые находятся в его диапазоне чувствительности, в том числе, и тяжелые;
• поверхность анализируемого объекта можно не обрабатывать с особой тщательностью, с него достаточно удалить краску или ржавчину.