Способ определения азота в легированных сталях

Способ определения азота в легированных сталях

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Рвспублнк (и> 88292() К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 240879 (21) 2813131/23-2б с присоединением заявки Ио— (23) Приоритет—

Опубликовано 2313 81. Бюллетень М 43

Дата опубликования описания 2311В1 (51)М. Кл.э

С 01 В 21/00

Я 01 N 31/16

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (5. )) УД)(543. 24: 546. .17 (088.8) Б.В. Георгиевская, B.М. Зинченко, Л.И. Лазарева, M.P. Лютикова, H.Ñ. Старикова и А.И. Феофанова (72) Авторы изобретения (71) Заявитель

Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский инст итут технологии автомобильной промышленности

{54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АЗОТА В ЛЕГИРОВАННЫХ

СТАЛЯХ

Изобретение относится к способам определения азотных составляющих в диффузионном слое, полученном на .стальных иэделиях путем химико-термической обработки.

Известен способ определения азота в с али методом вакуум-плавления, заключающийся в том,что пробу анализируемого металла подвергают плавлению в предварительно продегаэированной печи в условиях высокого вакуума и при избытке углерода. Газы, выделяющиеся в процессе плавления и науглераживания пробы, откачивают, собирают и анализируют. Со- 15 держание азота в пробе подсчитывают по количеству экстрагированных газов эа вычетом газоотдачи само аппаратуры, учитываемой как поправка холостого опыта. Эти способом опре- 20 еляют общее содержание азота в стали, состоящее из сумма трех составляющих — азот в твердом растворе, азот, связанный ь нитриды, и молекулярный азот, находящийся в порах (1) . 25

Недостатки способа заключаются в том, что он не позволяет производить раздельное определение составляющих азота и указать на соотношение, существующее между ними. 30

Наиболее близким к предлагаемому является способ определения азота в стали путем объемной аспирации, заключающийся в том, что анализируемую навеску металла растворяют в кислотах. Азот, находящийся в связанном состоянии, вступает в реакцию с выделяющимся атомарным водородом и образует сначала аммиак, а ,затем соответствующую аммонийную соль. Полученный раствор нагревают с добавлением концентрированной едкой щелочи. В результате происходит разложение аммонийной соли с выделением аммиака, который собирают в сосуд-приемник с одновременной нейтрализацией его титрованием раствором серной кислоты. По расходу серной кислоты определяют процентное содержание азота в стали. Этим способом устанавливают суммарное количество азота, находящегося в связанном состоянии в виде азота в твердом растворе, и азота, связанного в нитриды Г2).

Недостаток известного способа заключается в том, что он также не позволяет производить раздельное определение составляющих азота в диффузионном слое, полученном в: ре.

882 920 где а — количество 0,01 н, (нормального) раствора серной кис лоты, израсходованное на титрование образца, мл;

Ь вЂ” количество 0,01 н. раствора серной кислоты, израсходованное на,титрование в контрольном опыте, мл, я — навеска, г; — поправочный коэффициент к

0,01 н. раствору серной кислоты, . 0,014 в количество азота, соответст- 60 вующее 0,01 н. раствору сер" ной кислоты, В.

В результате определяют содержание азота в твердом растворе и в виде нитридов в стали.- Содержание азота Я зульт ате химико-термической обработки, в частности высоко-температурного азотирования или нитроцементации стальных изделий.

Цель изобретения — раздельное определение нитридного и растворенного азота.

Поставленная цель достигается тем, что одновременно с исследуемым образцом подвергают химико-термической обработке и образец иэ армко железа.

Причем о содержании нитридного азота судят по разности содержания азота в исследуемом образце и армко железе.

Способ осуществляется следующим образом

Образцы из исследуемой стали и армко железа одновременно подвергают химико-термической обработке, в частности нитроцементации или азотированию, при 800-950 С. Затем с образцов стали и армко железа послойно на глубину диффузионного слоя снимают стружку. В каждой навеске стружки образца из испытываемой стали и армко железа определяют путем объемной аспирации содержание азота в раствьре и нитридах. Для этого каждую анализируемую навеску подвергают растворению в кислотах. Азот, находящийся в связанном состоянии, вступает в реакцию с выделяющимся атомарным водородом и образует сначала аммиак, а затем соответствующую аммонийную соль.

Полученный раствор нагревают с добавлением концентрированной едкой щелочи. Происходит разложение аммонийной соли с выделением аммиака, который собирают в сосуд-приемник с одновременной нейтрализацией его титрованным раствором серной кислоты. По расходу раствора серной кислоты определяют содержание азота в стали и армко железе . Процентное содержание азота определяют по формуле (а-Ь )- k ° 0 014

40 в армко железе соответствует содер- жанию азота в твердом растворе в стали. Поэтому о содержании н ит ридного азота в стали судят по разности содержания азота в исследуемом образце и армко железе.

Пример . Образцы из стали

25ХГМ и армко железа одновременно подвергают нитроцементации при 850 С с выдержкой в течение 8 ч в атмосфере эндогаэа с добавкой природного газа и 5Ъ аммиака с последующей закалкой в масле. Затем с образцов послойно на глубину диффузионного слоя снимают стружку. При этом первые шесть стружек снимают через

0,05 мм, а затем через 0,1 мм. В каждой навеске стружки, снятой с образцов иэ стали 25ХГМ и армко железа, определяют содержание азота следующим образом.

Соответствующую навеску в количестве 0,5 г помещают в сосуд для ее разложения, представляющий собой коническую колбу емкостью 250 мл, куда затем вливают 20 мл серной кислоты (1:4 и 10 мл ортофосфорной кислоты. Колбу плотно закрывают пробкой с насадкой, в которую вливают 5 мл серной кислоты (1:10) для улавливания аммиака, выделяющегося при растворении навески в кислотах. Содержимое колбы подогревают на горячем асбесте для интенсификации растворения и выдерживают до прекращения выделения пузырьков водорода. После завершения растворения на дне колбы получают черный или серый осадок.

Снимают предохранительную насадку и ее содержимое переливают к раствору в колбе. После этого в колбу наливают небольшими порциями 4%-ный раствор марганцевокислого калия при энергичном помешивании до выпадения двуокиси марганца, придающей раствору темно-коричневый цвет . Для раэ— рушения двуокиси марганца по каплям добавляют 10%-ный раствор сернокислого железа. В итоге раствор навески стружки подготовлен для анализа на установке для определения азота.

В состав установки входит реакционный сосуд в виде конической колбы с пробкой, в которую вставлены воронка с краном для ввода анализируемого раствора и барботер для подвода сжатого воздуха. Реакционный сосуд через холодильник, предназначенный для охлаждения выделяющегося аммиака, соединен с сосудом — погло.тителем азота, представляющим собой стеклянный цилиндр с шарообразным расширением вверху и патрубком с краном внизу, Сосуд плотно закрыт пробкой, через которую введены барботер, подвод для сжатого воздуха, трубка для ввода носика бюретки с титрованным раствором и подвод для воды. Для перемешивания раствора ис882 920

Т а б л и ц а 1

Режим термообработки

Марка стали мя вы- добавка суммарное жки, ч аммиака, содержание

% азота содержание нитридного азота содержание азота в твердом растворе

25ХГМ

Армко железо

0,49

0,17

0,32

0,32

0,32 пользуют форвакуумный или водоструйный насос.

Перед началом анализа в реакционную колбу наливают 80 мл 40%-ного раствора едкого натра, а в сосуд для улавливания аммиака наливают

30 мл воды, которую подкрашивают

2-3 каплями индикатора (смешанного) зеленого цвета. Заполняют бюретку титрованным раствором серной кислоты и спускают 1 мл ее в сосуд поглотитель аммиака, в результате чего раствор в сосуде приобретает фиолетовую окраску. Устанавливают нулевую точку по мениску бюретки.

Включают сжатый воздух, соэдавая в системе разряжения 10 мм ртутного столба и обеспечивая бурное перемешиван ие.

Используемый раствор осторожно по каплям переносят через воронку с краном в реакционную колбу. Включа- 20 ют подогрев колбы, после чего начинается выделение аммиака, который через холодильник поступает в сосуд для титрования, т.е. в сосуд-поглотитель. Окраска раствора в нем изме- 25 нит цвет с фиолетового на зеленый.

Затем по каплям из бюретки спускают титрованный раствор серной кислоты (0,01), который изменяет окраску раствора снова на фиолетовую. Новые порции аммиака меняют окраску раствора на зеленую, а серной кислоты на фиолетовую. Время, когда раствор в течение 3 мин не изменяет свою фиолетовую окраску, считают концом титрования.

Одновременно проводят контрольный опыт со стандартным образцам с известным содержанием азота. Процент содержания азота определяют по приведенной формуле в испытуемой на- 40 веске иэ стали 25ХГМ и армко железа.

Поскольку содержание азота в армко железе соответствует содержанию азота в твердом растворе для стали, а азот в испытуемой стали содержится 45 в виде твердого раствора и нитридов, то по разнице этих величин судят о со- держании азота в стали связанного в нитриды.

Для сравнения опробовали образцы из стали 25ХГМ после нитроцементации при 850 С с выдержкой 8 ч в атмбсфере эндогаза с добавкой природного газа и 10% аммиака и последующей закалкой в масле, образцы иэ стали 35Х после нитроцементации при

850оС с выдержкой 5 ч в атмосфере эндогаэа с добавкой природного газа и 3% аммиака с закалкой в масле и из той же стали, но с добавкой 2% аммиака и выдержкой 3 ч.

Характеристики режимов термической обработки при 850 С и содержание азота представлены в табл.1.

В табл . 2 представлены прочностные характеристики испытанных образцов.

Как видно из табл.1 и 2, содержа" ние азота в твердом растворе должно находиться в пределах от 0,1-0,35% в завис:-.мости от содержания углерода в диффузионном слое. При этом суммарное содержание азота в твердом растворе и углерода не должно превышать 1, 0%.

Содержание азота, связанного в нитриды, должно находиться в пределах

0,1-0,3%. Уменьшение содержания азо1 та в твердом растворе менее 0,1% приводит к образованию большого количества молекулярного азота эа счет распада нитридов и резкому снижению прочности. Верхний предел содержа ния связанного азота ограничен максимально возможным количеством азота, который может быть связан в нитриды, и зависит от количества легирующих элементов в стали.

Увеличение содержания нитридного азота в твердом растворе ведет к увеличению прочностных свойств.

Таким образом, изобретение позволяет оценить уровень прочности из.делий после нитроцементации и аэоти- рования и качество проведения процесса химико-термической обработки, что способствует выбору оптимальных режимов, обеспечивая, тем самым, долговечность изделий.

Содержание азота на глубине 0,05 мм от поверхности иэделия, %

882920

Продолжение табл. 1

Режим термообработки

Марка стали время вы- добавка держки,ч аммиака, суммарное Содержание содержание азота в азота твердом растворе содер>хание нитридного азота

0,01

0,35

0,34

0,34

То же

0,34

0,15

0,15

0,1

0,25

0,15

35Х

Армко железо

0,04

0,15

0,19

То же

0,15

0,15

Таблица

Содержание азота, Ъ

Уст алостная прочность ф кгс/мм

Прочность на изгиб (> „,к гс/мм

Ударная вязкость кгсм/см

Марка стали в твердом нитриднорастворе го

25ХГМ

0,32

0,17

199

2,68

0 34

25ХГМ

0,01

182

1,49

35Х

0,15

0,1

108

217

3,45

35Х

196,6 1,65

0,15

0,04

Формула изобретения

ВНИИПИ Заказ 10101/25 Тираж 508 Подписное

Филиал ППП "Патент", r. ужгород, ул. Проектная,4.

1. Способ определения азота в легированных сталях, образующегося при их химико-термической обработке при

80р-950 С, включающий растворение навески образца и последующее титро ание раствором серной кислоты, оа..л ич ающи и с я тем, что, с целью раздельного определения нитридного и растворенного азота, одновременно с исследуемым образцом подвергают химико-термической обработке и образец иэ армко железа.

Содержание азота на глубине 0,05 мм от поверхности иэделия, Ъ

2. Способ по п.1, о т л и ч а— ю шийся тем, что, о содержании нитридного азота судят по разности содержания азота в исследуемом образце и армко железе.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

55 1. Клячко Ю.А. АнаЛмэ газов и включений в стали. М., Научи. техн. изд-во по черной и цветной металлургии, 1953, с. 128.

2. Журнал "Технология автомобиле-. строения". М., НИИТавтопром, 1963, 9 10, с. 39-41 (прототип) .