Рис. 5.17. Настольный электрохимический прибор

OHAUS Starter 2100

 

Титрование — процесс определения титра исследуемого вещества. Титрование производят с помощью бюретки, заполненной титрантом до нулевой отметки. Титровать начиная от других отметок не рекомендуется, так как шкала бюретки может быть неравномерной. Заполнение бюреток рабочим раствором производят через воронку или с помощью специальных приспособлений, если бюретка полуавтоматическая. Конечную точку титрования (не следует путать с точкой эквивалентности) определяют индикаторами или физико-химическими методами (по электропроводности, светопропусканию, потенциалу индикаторного электрода и т. д.). По количеству пошедшего на титрование рабочего раствора рассчитывают результаты анализа.

Методы титрования

Процесс титрования сопровождается изменением равновесных концентраций реагента, определяемого вещества и продуктов реакции. Это удобно изобразить графически в виде т. наз. кривой титрования в координатах концентрация определяемого.вещества (или пропорциональная ей величина)-объем (масса) титранта.

 (1) Косвенное титрование, или титрование заместителя – титрование, которое применяют, когда нет подходящей реакции или индикатора для прямого титрования. В этом случае используют реакцию, в которой анализируемое вещество замещают эквивалентным количеством другого вещества и затем титруют рабочим раствором.

(2) Метод объемного (титрометрического) анализа - это метод количественного определения, основанный на измерении объема реагента, требуемого для проведения реакции с определяемым веществом.

(3) Обратное титрование – титрование, которое используют в тех случаях, когда прямое титрование невозможно или когда анализируемое вещество неустойчиво. При этом берут два рабочих раствора, один из которых добавляют в избытке, а вторым титруют избыток первого.

(4) Прямое титрование наиболее распространенный и удобный прием, когда к анализируемому раствору вещества непосредственно добавляют рабочий раствор известной концентрации.

(5) Титрование –процесс постепенного добавления раствора точно известной концентрации к исследуемому раствору.

(6) Точка эквивалентности – установление конечной точки титрования.

Объемные методы анализа. Титрование как метод количественного определения вещества: прямое, косвенное и обратное

Метод объемного (титрометрического) анализа (2) это метод количественного определения, основанный на измерении объема реагента, требуемого для проведения реакции с определяемым веществом.

Объемные методы анализа основаны на протекании реакций нейтрализации, осаждения, ионного обмена, комплексообразования, окисления-восстановления и др. Они должны удовлетворять следующим условиям:

- строгое соблюдение стехиометрических соотношений между веществами реакций;

- быстрое и количественное протекание реакций;

- точное и строгое фиксирование точки эквивалентности;

- посторонние вещества в анализируемой пробе не должны вступать в реакцию с добавляемым реагентом, что может помешать титрованию.

Титрованием (5)называют процесс постепенного добавления раствора точно известной концентрации к исследуемому раствору.

Одной из основных стадий этого процесса, во многом определяющей точность объемного метода, является установление конечной точки титрования, называемой точкой эквивалентности (6). Точку эквивалентности определяют визуально по изменению цвета раствора, индикатора, появлению помутнения либо инструментальными методами кондуктометрическое, потенциометрическое титрование.

Для титрования достаточно 1-3 капель раствора индикатора массовой долей 0,1-0,5 % на 10-100 см³ анализируемого раствора.

Титрометрическое определение осуществляют прямым, косвенным и обратным титрованием.

Прямое титрование (4)наиболее распространенный и удобный прием, когда к анализируемому раствору вещества непосредственно добавляют рабочий раствор известной концентрации.

Косвенное титрование, или титрование заместителя (1), применяют, когда нет подходящей реакции или индикатора для прямого титрования. В этом случае используют реакцию, в которой анализируемое вещество замещают эквивалентным количеством другого вещества и затем титруют рабочим раствором.

Обратное титрование (3) используют в тех случаях, когда прямое титрование невозможно или когда анализируемое вещество неустойчиво. При этом берут два рабочих раствора, один из которых добавляют в избытке, а вторым титруют избыток первого.

Расчет массовой доли определяемого вещества Х (в %) через массовую концентрацию рабочего раствора ведут по формуле

 

Х=100 VСМ /(1000т),                                                         (5.5)

 

где V - объем рабочего раствора, пошедшего на титрование, см³;

С -молярная концентрация рабочего раствора, моль/дм³;

М - молекулярная эквивалентная масса определяемого вещества, г/моль;

m - масса навески анализируемого вещества, г.

 

6. ВИДЫ ДЕФЕКТОВ МЕТАЛЛА

6.1. Классификация дефектов

 

Дефектом называют каждое отдельное несоответствие продукции требованиям, установленным нормативной документацией (ГОСТ, ОСТ, ТУ и т.д.). К несоответствиям относятся нарушение сплошности материалов и деталей, неоднородность состава материала: наличие включений, изменение химического состава, наличие других фаз материала, отличных от основной фазы, и др.

Дефектами являются также любые отклонения параметров материалов, деталей и изделий от заданных, таких, как размеры, качество обработки поверхности, влаго- и теплостойкость и ряд других физических величин.

Дефекты подразделяются на явные (те, что выявляются глазами) и скрытые (внутренние, подповерхностные, неразличимые глазом).

В зависимости от возможного влияния дефекта на служебные свойства детали дефекты могут быть:

- критическими (дефекты, при наличии которых использование продукции по назначению невозможно или исключается по соображениям безопасности и надёжности);

- значительными (дефекты, существенно влияющие на использование продукции и/или на её долговечность, но не являющиеся критическими);

- малозначительными (не оказывают влияния на работоспособность продукции).

По происхождению дефекты изделий подразделяют на производственно-технологические (металлургические, возникающие при отливке и прокатке, технологические, возникающие при изготовлении, сварке, резке, пайке, клепке, склеивании, механической, термической или химической обработке и т.п.); эксплуатационные (возникающие после некоторой наработки изделия в результате усталости материала, коррозии металла, изнашивания трущихся частей, а также неправильной  эксплуатации и технического обслуживания) и конструктивные дефекты, являющиеся следствием несовершенства конструкции из-за ошибок конструктора.

C целью выбора оптимальных методов и параметров контроля производится классификация дефектов по различным признакам: по размерам дефектов, по их количеству и форме, по месту расположения дефектов в контролируемом объекте и т.д.

Размеры дефектов a могут изменяться от долей миллиметров до сколь угодно большой величины. Практически размеры дефектов лежат в пределах 0,01 мм ≤ a ≤ 1 см.

В ультразвуковой дефектоскопии, например, величина а влияет на выбор рабочей частоты.

При количественной классификации дефектов различают три случая (рис. 6.1): а – одиночные дефекты, б – групповые (множественные) дефекты, в – сплошные дефекты (обычно в виде газовых пузырей и шлаковых включений в металлах).

 

Рис. 6.1. Количественная классификация дефектов: а – одиночные;

б – групповые; в – сплошные

 

При классификации дефектов по форме различают три основных случая (рис. 6.2): а – дефекты правильной формы, овальные, близкие к цилиндрической или сферической форме, без острых краёв; б – дефекты чечевицеобразной формы, с острыми краями; в – дефекты произвольной, неопределённой формы, с острыми краями – трещины, разрывы, посторонние включения.

Форма дефекта определяет его опасность с точки зрения разрушения конструкции. Дефекты правильной формы, без острых краёв, наименее опасны, т.к. вокруг них не происходит концентрации напряжений. Дефекты с острыми краями, как на рис. 6.2, б и в, являются концентраторами напряжений. Эти дефекты увеличиваются в процессе эксплуатации изделия по линиям концентрации механических напряжений, что, в свою очередь, приводит к разрушению изделия.

 

Рис. 6.2. Классификация дефектов по форме: а – правильная форма;

б – чечевицеобразная форма с острыми краями; в – произвольная,

неопределённая форма с острыми краями

 

При классификации дефектов по положению различают четыре случая (рис. 6.3): а – поверхностные дефекты, расположенные на поверхности материала, полуфабриката или изделия, – это трещины, вмятины, посторонние включения; б – подповерхностные дефекты – это дефекты, расположенные под поверхностью контролируемого изделия, но вблизи самой поверхности; в – объёмные дефекты – это дефекты, расположенные внутри изделия.

Наличие фосфовидных и нитридных включений и прослоек может привести к образованию дефектов четвертого вида – сквозных.

По форме поперечного сечения сквозные дефекты бывают круглые (поры, свищи, шлаковые включения) и щелевидные (трещины, непровары, дефекты структуры, несплошности в местах расположения оксидных и других включений и прослоек).

По величине эффективного диаметра (для дефектов округлого сечения) или ширине раскрытия (для щелей, трещин) сквозные дефекты подразделяются на обыкновенные (> 0,5 мм), макрокапиллярные (0,5…2·10^{-4 мм) и микрокапиллярные (< 2·10-4 мм).}

 

Рис. 6.3. Классификация дефектов по положению в контролируемом

объекте: а – поверхностные; б – подповерхностные; в – объёмные

 

По характеру внутренней поверхности сквозные дефекты подразделяются на гладкие и шероховатые. Относительно гладкой является внутренняя поверхность шлаковых каналов. Внутренняя поверхность трещин, непроваров и вторичных поровых каналов, как правило, шероховатая.

Положение дефекта влияет как на выбор метода контроля, так и на его параметры. Например, при ультразвуковом контроле положение дефекта влияет на выбор типа волн: поверхностные дефекты лучше всего определяются рэлеевскими волнами, подповерхностные – головными волнами, а объёмные – объёмными (продольными) волнами.

Опасность влияния дефектов на работоспособность зависит от их вида, типа и количества. Классификация возможных дефектов в изделии позволяет правильно выбрать метод и средства контроля.

 

6.2. Производственно-технические дефекты

Дефекты в металлах образуются главным образом при плавлении, при обработке металла давлением (ковка, штамповка и прокат) и при шлифовании.

По ГОСТ 19200-80 дефекты отливок из чугуна и стали подразделяют на пять основных групп. Необходимо отметить, что принятая термино­логия широко используется также для отливок из сплавов на основе алюминия, магния, титана и других и поэтому может рассматриваться как универсальная.

6.2.1. Литейные дефекты

Несоответствие по геометрии.

Эта группа объединяет 14 видов де­фектов, обусловленных нарушением формы, неточностью размеров и массы отливки.

1. Недолил - дефект в виде неполного образования отливки вследствие незаполнения полости формы металлом (рис. 6.4. а). Одной из основных причин недолива является недостаточное количество жидкого металла.

2. Незалив - несоответствие конфигурации отливки чертежу вследст­вие износа модельной оснастки или дефектов формы (рис. 6.4. б). При­чиной незалива  может быть также нарушение технологических режимов заливки.

3. Неслитина - сквозная щель или отверстие в стенке отливки, образовавшееся вследствие неслияния встречных потоков металла (рис. 6.4. в). Неслитина характерна для сплавов с широким интервалом кристаллизации и наблюдается обычно в тонких стенках отливок. Эти дефекты легко обнаруживаются при визуальном осмотре отливок.

4. Обжим - это местное нарушение конфигурации отливки вследствие деформации формы при ее сборке или заливке (рис. 6.4. г). Обжим обычно образуется вблизи плоскости разъема в виде прилива или утолщения произвольной формы.

5. Подутость представляет собой местное утолщение отливки, возник­шее вследствие расширения недостаточно уплотненной формы заливае­мым металлом (рис. 6.4. д).

6-8. Перекос и стержневой перекос - дефекты в виде смещения одной части отливки относительно осей или поверхностей другой части по разъему формы, модели вследствие их неточной установки (рис. 6.4. е) или в виде смещения отверстия, полости или части отливки, выполня­емых с помощью стержня, вследствие его перекоса (рис. 6.4. ж). Эти дефекты вызваны неточной фиксацией опок или перекосом стержня при его установке. В последнем случае возникает также разностенность - увеличение или уменьшение толщины стенок отливки (рис. 6.4. з). Раз­ностенность выявляется визуально или с помощью измерительных средств.

9. Стержневой залив - дефект в виде залитого металлом отверстия или полости в отливке, возникающий из-за непроставленного в литей­ной форме стержня или его обрушения (рис. 6.4. и).

10. Коробление - искажение конфигурации отливки под влиянием напря­жений, возникающих при охлаждении отливки или вследствие деформа­ции модельной оснастки. Коробление может проявляться в различных формах, наиболее характерным является появление вогнутости или вы­пуклости на плоских поверхностях отливок (рис. 6.4. к). Дефект выяв­ляется с помощью измерительных средств. Стрела прогиба 6 может служить мерой коробления.

11. Вылом и зарез - дефекты в виде нарушений конфигурации отливки при выбивке стержней, обрубке литников (рис. 6.4. л), зачистке отли­вок или их транспортировании.

12. Прорыв и уход металла - дефекты, вызванные вытеканием металл.* из формы вследствие ее недостаточной прочности или слабого крепле­ния ее частей. При этом либо происходит неполное заполнение полос­ти формы с одновременным образованием приливов произвольной формы, либо возникает дефект в виде пустоты в теле отливки, ограниченной тонкой коркой затвердевшего металла (рис. 6.4. м).

Рис. 6.4.      Дефекты отливок - несоответствие по геометрии (стрелки указывают на расположение дефекта)

Дефекты поверхности.

В эту группу входят 13 различных дефектов в виде ухудшения качества поверхности. Большинство этих дефектов возникает вследствие сложных физико-химических процессов, проходя­щих на границе раздела металл - форма.

1. Пригар - специфический трудноотлеляемый слой на поверхности отливки, возникший при взаимодействии расплавленного металла с мате­риалом формы (рис. 6.5. а). Этот дефект образуется преимущественно на отливках из сплавов с высокой температурой плавления при заливке в песчаные формы.

2. Окисление - окисленный слой металла на поверхности отливки,

образовавшийся в результате достаточно длительной и высокотемпера­турной термической обработки.

3. Газовая шероховатость - сферообразные мелкие углубления на поверхности отливки, образовавшиеся вследствие выделения газовых пузырьков на поверхности раздела металл - форма (рис. 6.5. б). Если Шероховатость поверхности по своим параметрам превышает допустимые нормы. то такой дефект называется грубой поверхностью.

При случайных повреждениях поверхности во время выбивки отливок или транспортирования образуются различные дефекты в виде забоин, вмятин и т. п. объединяемые понятием поверхностное повреждение.

Ряд дефектов поверхности связан с особенностями кристаллизации отливки.

4-6. Спай - дефект в виде углубления с закругленными краями на поверхности отливки, образованного не полностью слившимися потоками металла с недостаточной температурой или в результате прерванной заливки (рис. 6.5. в). В разных сплавах и при различных условиях литья спаи могут существенно различаться как по внешнему виду, так и по своей природе или кинетике образования. Г. Л. Ходоровский предлагает подразделять спаи по расположению в стенке отливки на продольные, поперечные и внутренние с замкнутым контуром. По при­роде происхождения спаи предлагается разбить на три группы: 1) во­зникшие вследствие частичного несваривания встречных потоков металла (обычно в тонких стенках отливки): 2) образовавшиеся на частично затонувших твердых кристаллитах того же сплава, расположенных на поверхности отливки; 3) сформировавшиеся внутри отливки вследствие прерывистого импульсного заполнения ее металлом при центробежном или магнитодинамическом способе литья.

7. Плена - самостоятельный металлический или окисный слой на по­верхности отливки, образовавшийся при недостаточно спокойной за­ливке. Характерен для сплавов, имеющих компоненты, склонные к по­вышенному окислению (алюминий, титан, хром и др.).

8. Складчатость - дефект в виде сморщенной поверхности - незначи­тельных сглаженных возвышений и углублений, образующихся вследст­вие тепловых деформаций поверхноспюго слоя формы или затвердеваю­щего металла, а также вследствие пониженной жидкотекучести металла (рис. 6.5. г).

Дефекты поверхности появляются также из-за дефектов формы.

9. Ужимина - углубление с пологими краями, заполненное формовочной смесью и прикрытое слоем металла, образовавшееся вследствие отсло­ения формовочной смеси при тепловом расширении поверхностного слоя формы (рис. 6.5. д).

10. Нарост - выступ произвольной формы на поверхности отливки, образовавшийся при заполнении металлом разрушенного участка формы (рис. 6.5. е).

11. Засор - внедрившиеся в поверхность металла комочки материала формы (рис. 6.5. ж).

Залив - тонкие металлические приливы, возникающие при про­никании металла в зазоры по разъему формы и знакам стержней (рис. 6.5. э).

12. Просечка - невысокие, часто плоские прожилки металла, возникаю­щие при затекании расплава в трещины формы (рис. 6.5. и).

Как следует из описания этих дефектов, почти все они выявляются при визуальном осмотре отливки и лишь некоторые (типа грубой по­верхности) оцениваются инструментальными методами. Допустимость дефектов и пути их устранения оговариваются в нормативно-технической документации.

Рис. 6.5. Дефекты поверхности отливки 

(стрелки указывают на расположение дефекта)  

 

Несплошности в теле отливке. Эта группа внутренних дефектов различного вида и происхождения наиболее многочисленна (16 видов) и наиболее опасна из-за последствий, возникающих при эксплуатации отливок.

1. Горячая трещина - дефект в виде разрыва или надрыва тела отлив­ки по границам кристаллов, поэтому она имеет извилистую или лома­ную форму и неровную окисленную поверхность. Горячие трещины обра­зуются вследствие затрудненной усадки в интервале температур затвердевания сплавов и располагаются чаще всего во внутренних углах сходящихся стенок или других подобных узлах отливки (рис. 6.6. а).

2. Холодная трещина - дефект в виде разрыва тела затвердевшей от­ливки, отличается сравнительно гладкой светлой поверхностью и, как правило, имеет прямолинейную форму. Дефект образуется в твердом металле в местах наибольшего воздействия внутренних напряжений т.е. в зонах перехода от толстых сечений к таким.

3-5. Межкристаллическая трещина - дефект в виде разрыва тела отливки при ее охлаждении в форме на границах первичных зерен аустенита в температурном интервале распада.

В эту группу входят также дефекты усадочного и газового проис­хождения.

6. Усадочная раковина - дефект в виде открытой или закрытой полос­ти, образующейся в тепловых узлах отливки при затрудненном питании (рис. 6.6. б). Поверхность такой раковины обычно грубая, иногда окисленная.

7. Газовая раковина - дефект в виде полости, образованной газами, попавшими в отливку при взаимодействии жидкого металла с материа­лом формы или выделившимися из металла при его затвердевании. Га­зовая раковина в отличие от усадочной имеет сферическую форму и гладкую чистую поверхность (рис. 6.6. в).

8. Ситовидная раковина - скопление удлиненных тонких раковин, рас­положенных в подповерхностном слое отливки и ориентированных пер­пендикулярно к ее поверхности (рис. 6.6. г). Обычно их появление вы­звано повышенным содержанием водорода в кристаллизующемся слое ме­талла.

8. Усадочная пористость представляет собой скопление мелких пор в тепловых узлах (рис. 6.6. д). Усадочная пористость образуется из-за недостаточного питания отливки при усадке металла во время его за твердевший.

9. Рыхлота - дефект в виде скопления мелких усадочных раковин.

В чугунных отливках может образовываться графитовая пористость в виде сосредоточенных крупных выделений графита, которые нарушают герметичность отливки при работе под давлением газа или жидкости.

10. Недостаток питания отливки может вызвать образование утяжины дефекта в виде углубления с закругленными краями на поверхности (рис. 6.6. е). Утяжины образуются обычно в массивных частях отливки вследствие усадки металла.

11. Песчаная раковина - полость, частично или полностью заполненная формовочным материалом (рис. 6.6. ж). Шлаковая раковина - полость, частично или полностью заполненная шлаком.

12. Вскип - дефект в виде скопления раковин и наростов, образовавшихся вследствие интенсивного парообразования в местах переувлаж­нения формы или стержня, а также вследствие переуплотнения формы (рис. 6.6. з). Подобные дефекты могут не только располагаться в теле отливки, но и выходить на поверхность.

Рис. 6.6. Несплошности в теле отливки

(стрелки указывают на расположение дефекта)

 

Включения. В эту группу входят дефекты в виде инородных металлических или неметаллических частиц, попавших в металл механичес­ким путем. Соответственно выделяют металлическое (рис. 6.7. а) и не­металлическое (рис. 6.7. б) включения. Последнее может образовывать­ся в результате химического взаимодействия компонентов при рас плавлении и заливке металла, а также замешиваться в расплав механическим путем.

Разновидностью металлического включения является королек преждевременно затвердевший шарик металла (затвердевшие брызги металла при неправильной заливке) и несплавившийся с отлив­кой (рис. 6.7. в).

В отливках из магниевых сплавов определенную опасность представляют флюсовые включения, которые затем становятся источниками флюсовой коррозии.

Рис. 6.7. Включения (стрелки указывают на расположение дефекта)