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第七章 钢铁分析 第一部分 复习与思考题 简述钢铁试样中各组分存在的形式及性能 钢铁是铁和碳的合金，大部分是铁，碳、硅、锰、硫、磷是主要杂质元素，俗称为“五大元素”。 1.碳 存在形态：游离态：无定形碳、退火碳、石墨碳等 化合态：Fe2C，Mn3C,WC,Cr3C2 性能：碳是钢铁中的重要元素，对钢铁性能起决定性作用的元素。当碳含量高时，钢的硬度和强度增加，压延性和冲击韧性降低;含碳量低时，硬度较低，压延性和冲击韧性增强，熔点较高 钢铁的分类常常以碳含量的高低为主要依据。 含碳低于0.2%称为纯铁； 含碳量在0.05%-2%之间的称为钢 含碳量高于2%即为生铁 存在状态对钢铁性能的影响： 灰口铁，石墨碳多，软而韧，易于铸造；白口铁，化合物碳多，硬而脆 硅 存在形态： 主要以硅化物：FeSi、MnSi、FeMnSi存在，有少部分则以硅酸盐形态存在，形成钢中非金属夹杂物。 性能： 增强钢的强度，弹性，提高抗氧化能力及耐蚀性 促使C游离态为石墨状态，使钢富于流动性，易于铸造 硅也是钢的有效脱氧剂 硅直接控制钢铁性能，控制一定量 锰 存在形式: 钢铁中主要以MnS、Mn3C、MnSi、FeMnSi及固溶体状态存在 性能： （1）锰与氧硫具有较强的化合能力，故为良好的脱氧和脱硫剂，降低钢的热脆性，提高热加工性能 （2）锰提高钢的可锻性和机械强度 （3）含量达14%时，使钢具有良好的耐磨性 锰直接影响钢铁性能，控制一定量 4.硫 存在形态： 主要以MnS或FeS状态存在 性能：使钢产生热脆性——有害成分 为什么会产生热脆性？ FeS的熔点较低，最后凝固，夹杂于钢铁的晶格之中。当加热压制钢 铁时，FeS熔融，钢铁的晶粒失去连接作用而脆裂。 因此，国家标准规定碳素钢中S0.05%时，优质钢中S0.025% 5.磷 存在形态：Fe2P、Fe3P 性能：一般属于有害元素，降低钢的塑性、韧性和高温性能，减弱钢对冲击的抵抗能力，使钢铁产生冷脆现象，影响钢的锻接性能。但在特殊用途的钢中，含磷量在冶炼时有意添加，以提高钢的抗拉强度和耐大气腐蚀作用 气体容积法测定钢中碳的原理是什么 试样在1200～1300℃的高温O2气流中燃烧，钢铁中的碳和硫被氧化生成CO2和SO2： C + O2 = CO2 4Fe3C + 13O2 = 4CO2 + 6Fe2O3 Mn3C +3O2 = CO2 + Mn3O 3FeS +5O2 = Fe3O4 +3SO2 用脱硫剂（活性MnO2)吸收SO2 MnO2 + SO2 = MnSO4 生成的CO2与过剩的O2经导管引入量气管，测定容积，然后通过装有KOH溶液的吸收器，吸收其中的CO2。 剩余的O2再返回量气管中，根据吸收前后容积之差，得到CO2的容积，据此计算出试样中碳的质量分数。 定碳仪的标尺刻度刻制的原理是什么？校正系数如何计算？ 定碳仪量气管上的标尺，其刻度常以mL表示，读数是被KOH吸收的CO2体积（mL数），其计算公式为 A—温度16℃、气压101.325Kpa时封闭液面上每毫升CO2中含碳的质量，g。 用硫酸作封闭液时，A值为0.0005000g；用氯化钠溶液作封闭液时A值为0.0005022g； V—吸收前后气体的体积差，即CO2的体积，mL； f —温度、气压校正系数； m—试样的质量，g。 已知1molCO2在标况下体积为22260ml，16℃时饱和水蒸汽压力为1.813kPa,所以在16℃、101.3kPa时所占体积，可根据气态方程式求出 则每1.00mLCO2相当碳的质量为： 有些定碳仪量器管上标尺刻度直接刻成含碳量，可按下式计算碳的质量分数 w(C)读数—仪器上直接读出的碳的质量分数； k—温度、压力校正系数 m—试料的质量，g。 温度、压力补正系数f是指在任一气压P和温度t的状况下，单位体积的CO2相当于刻度尺状况即101.325Kpa、16℃时CO2的体积读数。钢铁定碳仪量气管的刻度，通常是在16℃、101.3kPa时按每mL相当于每克试样含0.05%刻制的 可见f值实际上是刻度状态下CO2体积V1与测定状态下的体积V2之比值 t—量器管内温度，℃。 P—t℃时大气压，Kpa； Pt—t℃时饱和水蒸气压力，Kpa； 还有的仪器，量器管上标