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火花直读光谱仪测定灰铸铁碳含量的准确度分析

2018/7/19 10:17:52      点击:


    [摘要]灰铸铁具有良好的铸造、减震、切削、耐磨等性能,广泛用于制造汽车中的制动盘材料。灰铸铁中的碳是以片状石墨状态存在于铸铁中,断口呈灰色。碳元素含量对于灰铸铁的性能有一定的影响。碳元素含量通常是将灰铸铁白口化后使用火花直读光谱仪来进行测试,但铸铁的白口化是非常复杂和困难的工作,难以有效完成。火花直读光谱仪主要用来测试金属材料的合金成份及杂质元素含量,具有方便、快捷的特点。本方法使用火花直读光谱仪在灰铸铁样品的同一位置连续激发,激发后样品表面呈现出带黑晕的正常激发点,测试结果的稳定性和精密度均比较好。将测试结果与化学分析法的测试结果进行比较,误差也比较小。实验表明火花直读光谱仪可以直接测试灰铸铁中的碳元素含量,与化学分析法相比,火花直读光谱法提高了样品检测速度和工作效率。

    [关键词]光谱分析;灰铸铁;碳元素含量

    正文:摘自科技经济导刊杂志,知网收录。

    [abstract] gray cast iron has good casting, damping, cutting and wear-resisting properties, and is widely used in making brake disc materials in automobiles. The carbon in gray iron exists in the cast iron in the form of flake graphite, and the fracture is gray. The carbon content has certain influence on the properties of gray cast iron. The content of carbon element is usually measured by spark direct reading spectrometer after whitening gray cast iron, but the whitening of cast iron is very complicated and difficult to be effectively completed. Spark direct reading spectrometer is mainly used to test the content of alloy and impurity elements in metal materials. Sparks this method using direct reading spectrometer in gray cast iron samples in the same position continuously stimulate, stimulate the sample surface after showing normal wearing a halo of shot point, stability and precision of test results are better. Comparing the test results with those of chemical analysis method, the error is small. Experiments show that spark direct reading spectrometer can directly test the content of carbon elements in gray iron. Compared with chemical analysis method, spark direct reading spectroscopy improves the sample detection speed and efficiency.
    [key words] spectral analysis; Gray cast iron; Carbon content
    灰铸铁具有良好的铸造、减震、耐磨、切削加工等性能,在汽车行业中主要用来制造制动盘。制动盘是制动系统中用来产生阻碍车辆运动或运动趋势制动力的部件。灰铸铁中的碳是以石墨片状态存在于铸铁中,碳元素含量对于灰铸铁的性能有一定的影响:碳元素含量过低,铸铁容易出现白口化组织,机械性能和铸造性能都会降低;而碳元素含量过高时,片状石墨过多且粗大,甚至可能会出现石墨的漂浮,降低铸件的性能和质量。因此,汽车主机厂对于供货的灰铸铁材料通常都会检测监控其碳元素含量,以此来控制制动盘的质量,指导采购和生产。火花直读光谱仪是分析黑色及有色金属合金成份及杂质元素含量的快速定量分析仪器,进行炉前在线分析及中心实验室的产品检验,其性能指标能满足工厂实验室现场长期使用的要求。目前GB/T24234-2009铸铁多元素含量的测定火花放电原子发射光谱法中规定的使用火花直读光谱仪测定铸铁的元素含量主要用于铸铁的炉前分析,且只适用于白口化后的铸铁,而制动盘成品中的灰铸铁通常是非白口化的状态。铸铁的白口化是非常复杂和困难的工作,尤其在实验室对少量铸铁样品进行白口化时难以控制浇铸温度和解决冷却后白口化程度的问题。对于铸铁的碳元素含量,GB/T20123-2006钢铁总碳硫含量的测定高频感应炉燃烧后红外吸收法中规定可使用红外碳硫分析仪来测定。红外碳硫分析仪是采用高频感应炉对铸铁进行燃烧后使用红外吸收法来测定铸铁的碳元素含量,是测量较为准确的化学分析法。但红外碳硫分析仪检测周期长,不适合生产过程的快速质量分析。本文使用火花直读光谱仪直接在灰铸铁的同一位置连续激发测试,激发出样品表面带黑晕的正常激发点,确定测试结果的稳定性和精密度,同时将测试结果与化学法结果进行比较,最终确定火花直读光谱仪测定灰铸铁样品碳元素含量的准确度。
    1实验部分
    1.1仪器与试剂ARL3460型火花直读光谱仪(美国热电公司);STANDARD型磨样机(英国HUNTON公司);BRILLANT250型切割机(德国GmbH公司);CSLS600型红外碳硫分析仪(美国力可公司)。钨锡催化剂(NO.502-294);纯铁助熔剂(NO.501-077);高含碳量标样(NO.501-506、501-024、501-123);无水乙醇(分析纯)。
    1.2仪器工作参数1.2.1红外碳硫分析仪工作参数SL91-02方法,标样碳元素含量范围为0.814%-6.2%,高碳范围样品检出限为0.1%。1.2.2火花直读光谱仪工作参数FELAST方法(低合金钢标样方法),碳元素含量测试范围为0.003%-4.5%。
    1.3实验方法
    1.3.1化学分析法在红外碳硫分析仪上使用高含碳量标样(NO.501-506、501-024、501-123)按1.2.1的工作参数制作标准曲线,并排除空白干扰。将灰铸铁样品用切割机切成小块样品,并用无水乙醇浸泡清洁干燥后放入红外碳硫分析仪进行测试。1.3.2火花直读光谱法将灰铸铁样品用磨样机磨平,并使用无水乙醇擦净磨平面杂质,待干燥后使用火花直读光谱仪按1.2.2的工作参数对样品表面同一位置进行连续激发,激发出样品表面带黑晕的正常激发点,设备软件直接得出灰铸铁样品碳元素含量的多次测试结果。
    2结果与讨论
    2.1化学分析法分析结果使用红外碳硫分析仪测试3个灰铸铁样品,每个样品测试3个平行样2.2火花直读光谱法分析结果用火花直读光谱仪对灰铸铁样品进行同一位置连续激发后,被激发的灰铸铁样品表面呈现出带黑晕的正常激发点,符合金属材料使用火花直读光谱仪测试的激发特征。设备软件可以读取正常的测试数据。
    3精密度分析
    3.1化学分析法精密度分析用化学法测定灰铸铁的碳元素含量分析结果稳定,3个样品的相对标准偏差RSD分别为0.46%、0.62%、0.47%。试验结果表明化学法测试灰铸铁样品的碳元素含量结果准确,可将火花直读光谱法的分析结果与之比较。3.2火花直读光谱法精密度分析用火花直读光谱法测定灰铸铁的碳元素含量分析结果稳定,3个样品的相对标准偏差RSD分别为0.88%、0.42%、0.61%。4准确度对比火花直读光谱法与化学法的分析结果差距不大,3个灰铸铁样品用两种测试方法测试的结果相对标准偏差RSD分别为4.56%、4.27%、0.88%。试验结果表明使用火花直读光谱仪测试灰铸铁的碳元素含量可以得出准确的结果。5结语使用火花直读光谱法与化学分析法测试灰铸铁中的碳元素含量,相对标准偏差均在0.4%-0.9%之间。将火花直读光谱法与化学分析法的分析结果进行对比,2种测试方法的相对标准偏差RSD<5%。火花直读光谱仪直接在灰铸铁样品的同一位置连续激发,激发后,被激发的灰铸铁样品表面呈现出带黑晕的正常激发点,符合金属材料使用火花直读光谱仪测试的激发特征。火花直读光谱法测试结果的稳定性和精密度均比较好,误差也比较小。火花直读光谱法与化学分析法的分析结果差距也不大。火花直读光谱仪测试灰铸铁样品中的碳元素含量方便、快捷、准确,同时解决了使用化学分析法周期长的问题,提高了样品检测速度和工作效率,比较适合日常实验现场的分析使用。
    【参考文献】
    [1]全国钢标准化技术委员会.GB/T24234-2009铸铁多元素含量的测定火花放电原子发射光谱法(常规法)[S].北京:中国标准出版社,2009.

    [2]全国钢标准化技术委员会.GB/T20123-2006钢铁总碳硫含量的测定高频感应炉燃烧后红外吸收法(常规方法)[S].北京:中国标准出版社,2006.

    本刊收录文章参考:通用航空安全管理体系建设

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