Способ определения количества свободного углерода в чугуне Советский патент 1981 года по МПК G01N27/72 

(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЛИЧЕСТВА СВОБОДНОГО УГЛЕРОДА В ЧУГУНЕ

изобретение относится к физикохимическому анализу металлов и сплаВОВ и может быть использовано для определения количества свободного уг лерода в чугуне. Известен способ определения весового содер жания свободного углерода (графита ) в чугуне. В контролируемом образце чугуна высверливают стружку, взвешивают ее и растирают в возможно болеемелкий порошок, стараясь избежать потерь. Полученный порошок растворяют в азот ной кислоте и раствор пропускают че рез асбестовый фильтр, на котором оседает графит, не растворившийся в азотной кислоте. В специальном аппарате поджигают фильтр с осадившимся на нем графитом, а полученный при сгорании графита углекислый газ поглощают едким натром. По увеличению веса едкого натра судят о количестве углекислого газа, а значит и о количестве свободного углерода по взятой навеске чугуна. Согласно известному способу резул таты трех последовательных измерений не должны отличаться более чем иа 0,1% при содержании свободного у лерода от 2,5 до 3%. Таким образом способ нормирует лишь случайную ошибку 1. Недостатком этого способа определения содержания свободного углерода в чугуне является его большая трудоемкость . На анализ одного образца требуется около четырех часов. Наиболее б 1зким к предлагаемому является cnocog..контроля содержания углерода в стали, основанный на изменении объема магнитной фазы при прохождении через точку Кюри цементита и вытекающем отсюда изменении магнитного потока через контролируемый образец. Он заключается в отливке пробного образца в кокиль, охлаждении с произвольной скоростью от 700 до 500°С, охлаждении в изотермической ванне до 230-330 С, намагничивании образца постоянным полем до насы щения и измерении приращения магнит-ного потока при охлаждении образца от 230-330 С до 40°С. По изменению магнитного потока судят о содержании углерода в стали L2j. Относительное изменение магнитного потока соответствует процентному содержанию цементита в стали и не превышает 3-5%, что определяет недостаточную чувствительность метода.

Цель -изобретения - увеличение чувствительности контроля и упрощение способа.

Поставленная цель достигается тем что контролируемое изделие намагничивают до насыщения переменным полем и из вторичной ЭДС, наведенной в искательной катушке, выделяют ее треть гармонику, а о количестве свободного углерода судят по отношению амплитуд третьей гармоники вторичной ЭДС при 250 и 20 С по формуле

pZpo г а + Ь- -ЕГ

овод

1:2.50

амплитуда третьей гармонигде

-3 ки при 250°с;

20

Е

амплитуда третьей гармоники при 20°С количество свободного лерода ,

b коэффициенты линии регреса и сии.

Физическая основа увеличения чувствительности при намагничивании контролируемого изделия переменным полем состоит в том, что при намагничивании переменным полем границы областей спонтанного намагничивания (доменов) в железной матрице чугуна (феррите) совершают колебательное движение. Подвижность их определяет величину амплитуды третьей гармоники. Включения немагнитного графита и слабомагнитного цементита яв- . ляются препятствиями на пути движения доменных границ и уменьшают их подвижность. Причем включения графита играют значительно большую роль, чем включения цементита в силу их 6ОЛД.ШОГО (на порядок) размера и неправильной формы (цементит кристаллизуется в виде пластинок, включения аморфного графита имеют вид розеток) На поверхности как графитовых, так и цементитовых включений образуются магнитные заряды, причем в силу близкого расположения, обоих видов включений эти заряды взаимодействуют между собой. При прохождении через точку Кюри цементита его намагниченност падает до нуля и вели сина магнитных зарядов на поверхности цементитовых включений повьашается примерно втрое Вследствие взаимодействия зарядов на границах включений обоих типов |это приводит к увеличению магнитных ;зарядов и на границах графитовых включений, а значит и к увеличению их тормозящего действия-на движение доменных границ. Поэтому амплитуда третьей гармоники уменьшается, причем ее изменение пропорционально количеству тормозящих центров, т.е. количеству свободного ухглерода (гра фита).

На фиг.1 показана схема реализации способа, на фиг.2 - зависимость показаний измерителя от процентного

(гржания свободного углерода л намагничиваемом чугунном образце, определенном в соответствии с ГОСТ.

Контролируемое изделие 1 намагничивают поочередно до насыщения пере-менным магнитным полем с помощью обмоток 2 (при комнатной температуре) и 3 (при 250°С). Обмотки 2 и 3 соединены последовательно с батареей 4 конденсаторов, служащей для увеличения силы намагничивающего тока и уменьшения коэффициента нелинейных искс1жений при настройке контура в резонанс (с частотой тока). Из ЭДС, возникающей в искательных катушках 5 и б с помощью избирательных фильтров 7 и 8, выделяют третью гармонику и подают на два входа измерителя 9 отношения амплитуд, который показывает отношение амплитуд третьей гармоники при 250°С и при комнатной температуре.

Методом наименьших кёадратов получена формула, связывающая С с

СВОЕ

2ГО

J|o- 0, 285+0 ,-206Cj.g,%

Среднее квадратичное из отклонений экспериментальных точек отлинии регрессии составляет 0,2% р. Это определяет точность предлагаемого способа.

Формула изобретения

Способ определения количества свободного углерода в чугуне, заключающийся в том, что контролируемое Изедлие намагничивают, нагревают до 250°С и определяют его магнитные характеристики при 250 и 20 С, о т л ичающийся тем, что, с целью увеличения чувствительности и упрощения способа, контролируемое изделие намагничивают до насыщения переменным полем, из вторичной электродвижущей силы выделяют ее третью гармонику, а количество свободного углерода определяют по отношению амплитуд третьей гармоники вторичной электродвижущей силы при 250 и 20 С по формуле250

Е 3 СВОб f,ZO

где Е1 -амплитуда третьей гармониf ки при ,

Еа -амплитуда третьей гармоник

при 20°С;

(„„ -количество свободного углеCiJCJb,

рода,

а и b - коэффициенты линии регрессии.

Источники информации, .принятые во внимание при экспертизе

2.Авторское свидете.ьство СССР |№ 613234, кл. G01 N 27/72, 1976. Сгр.% 0,80,9 fsieoC j ZOC