Химический метод

Он заключается в выделении включений из металла и их анализе. К этапу выделения включений предъявляются требования: полнота выделения, т. е. все включения должны быть извлечены из металла полностью и не быть разрушены или потеряны в процессе их выделения и обработки; неизменность химического состава включений, т. е. в процессе химического выделения не должно происходить взаимодействия между включениями и применяемыми для отделения реактивами, чтобы включения не могли перейти в соединения нового типа; чистота выделенных включений, т. е.

Наиболее распространенным способом выделения неметаллических включений из сталей и сплавов, удовлетворяющим этим требованиям, является электролитический. Его сущность заключается в анодном растворении в электролите анализируемого образца и осаждении в коллодиевом мешочке выделившихся в виде осадка включений. Полученный осадок после обработки его соответствующими реактивами анализируют с целью получения качественного и количественного состава неметаллических включений.

Ванна для электролитического <a href='/slovar/vydeleniya' id='slovar4722-11472' name='Выделения' class='jTip'>выделения</a> неметаллических включений

Рис. Ванна для электролитического выделения неметаллических включений.

При массовых определениях образец растворяют в медной ванне , объем которой должен быть рассчитан так, чтобы на каждый образец приходилось не менее 2 л раствора . К медной ванне на изоляционных подставках 2 на высоте около 155 мм прикреплена медная шина 3 размерами 4*35*50 мм, на которой на расстоянии 50 мм размещены медные клеммы 4 для закрепления образцов. Ванна и шина снабжены клеммами для включения в сеть. Корпус ванны служит катодом, а медная шина присоединена к аноду.

Образцы для выделения неметаллических включений обычно имеют круглое или прямоугольное (с закругленными краями) сечение диаметром 15—20 и длиной 120—150 мм. Они могут быть других размеров или формы, но для одного опыта одинаковыми. Для закрепления образца в зажимах у одного из его концов (около торца) высверливают отверстие размером около 2 мм или протачивают канавку; для полного контакта рекомендуется приваривать к образцу медную проволоку. Поверхность его должна быть обработана на станке. Во избежание загрязнения образцы не следует обрабатывать абразивами. Перед загрузкой в ванну образцы тщательно очищают от грязи и масла эфиром и спиртом, затем взвешивают.

Коллодиевые мешочки изготовляют следующим образом: в стеклянную пробирку с внутренним диаметром около 60 мм и длиной около 200 мм наливают 10—15 мм коллодия, непрерывно вращая пробирку в наклонном положении руками (для подогрева), заставляя коллодий равномерно растекаться по стенкам пробирки. Остаток коллодия сливают. Пробирку вращают до образования тонкой пленки коллодия на ее стенках. Пленку осторожно отрывают скальпелем от краев и стенок пробирки, затем помещают в холодную дистиллированную воду не менее чем на 3 ч.

Затем в ванну и в коллодиевые мешочки наливают электролит, в мешочки закладывают образцы так, чтобы концы их не касались дна и стенок мешочков, а уровень электролита не достигал прикрепленных к образцам медных проволок.

Для выделения неметаллических включений из железа, чугуна и углеродистой и среднелегированной стали рекомендуется растворение металла в электролите состава: 3 % сернистого железа, 1 % поваренной соли, 7 частей воды. Впоследствии этот метод был усовершенствован прибавлением в электролит сегнетовой соли (0,5 % KNaC₄H₄O₆) . Свежеприготовленный электролит имеет рН = 4,0, а в конце электролиза (через 20—30 ч), который ведется при плотности тока 0,025 А/см² рН = 4,7. Так как закись марганца является малоустойчивым включением, то для его сохранения при выделении предложена установка с проточным электролитом.

По окончании электролиза в коллодиевом мешочке остается осадок, состоящий из карбидов, оксидов, сульфидов и других неметаллических составляющих стали. До анализа неметаллической фазы карбиды, количество и природа которых зависят от содержания в стали углерода и легирующих элементов, разрушаются. Наиболее распространенным методом разрушения карбидов является азотнокислоперманганатный, сущность которого состоит в обработке выделенного осадка перманганатом калия в присутствии 10%-ной азотной кислоты при нагревании и в восстановлении выделившейся двуокиси марганца пергидролем . Иногда карбиды разрушаются с помощью персульфатного либо хлорного метода.

После того как карбиды почти разрушены, к раствору (для очистки осадка от кремнекислоты) прибавляют 15 мл 10%-ного раствора лимонной кислоты, осторожно нейтрализуют содой и нагревают при 80 °С в течение 1 ч. Осадок отфильтровывают в холодном состоянии, дважды промывают перегнанной 6—7 раз водой, отфильтрованный осадок сжигают вместе с фильтром, прокаливают до постоянной массы и взвешивают на микровесах. Полученный осадок — общее количество включений в растворенном металле. Химический состав осадка исследуется специальными микрохимическими методами .

Химический метод определения включений имеет существенные недостатки. Так, нет уверенности в том, что включения после выделения и дальнейшей обработки сохранились в их естественном виде, а также в полноте выделения всех включений. Точность метода мала из-за исключительно малого количества выделяемых включений. Этот метод не дает сведений о форме включений, их распределении, способности деформироваться, хотя эти сведения необходимы для металлургов. Процедура выделения и последующих анализов очень длительна и требует применения специальных установок. Для других методов исследования неметаллических включений предложены специальные методики обработки осадка, позволяющие отделить карбиды и разделить осадок на отдельные фазы.

Источник:

М.И. Виноград. Включения в стали и ее свойства. Металлургиздат 1963 г.
Кислинг р., Ланге Н. Неметаллические включения в стали. Металлургия 1968 г.