Tìm hiểu sự ảnh hưởng của các nguyên tố c, si, mn, p, s đến tính chất cơ lý của gang,thép và phương pháp xác định c và s

PHÂN TÍCH CÔNG NGHIỆP 2
NHÓM 5

Tìm hiểu sự ảnh hưởng của các nguyên tố C, Si, Mn, P, S đến tính chất cơ lý của
gang,thép và phương pháp xác định C và S
GVHD: Trần Quang Hải
Thành viên:

 Nguyễn Thị Nhân
 Nguyễn Thị Như Ngọc
 Đinh Hồng Nhung
 Đinh Thị Phương
 Lê Thị Ngọc


NỘI DUNG CHÍNH

Giới thiệu về gang và thép.
Ảnh hưởng của các nguyên tố đến tính chất của gang.
Ảnh hưởng của các nguyên tố đến tính chất của thép.
Phương pháp xác định C và S.


1.Giới thiệu về gang và thép:

 Gang: là hợp kim của sắt và cacbon cùng một số nguyên tố khác như: Si, Mn, P, S, Cr, Ni, Mo, Mg, Cu... hàm lượng
cacbon trong gang lớn hơn 2,14%.
Phân loại:
+ Gang trắng
+ Gang Graphit

 Thép: là hợp kim với thành phần chính là sắt với cacbon từ 0,02% đến 2,14% theo trọng lượng, và một số nguyên tố
hóa học khác.
Phân loại:
+ Thép cacbon
+ Thép hợp kim


2. Ảnh hưởng của các nguyên tố đến tính chất của Gang:

 Cacbon: là nguyên tố thúc đẩy quá trình graphit hóa.
+ Cacbon nhiều thì độ dẻo và tính dẫn nhiệt giảm.
+Cacbon chứa trong gang ở dạng hợp chất hóa học xementit thì gang đó gọi là gang trắng.
+ Nếu cacbon ở dạng tự do (graphit) thì gang đó gọi là gang xám.

 Silic: là nguyên tố ảnh hưởng nhiều nhất đến cấu trúc tinh thể của gang, vì nó thúc đẩy quá trình
graphit hóa.
+ Hàm lượng Si tăng sẽ làm tăng độ chảy loãng, tăng tính chịu mài mòn và ăn mòn của gang. Thường thì
hàm lượng Si trong gang là 1,5 - 3%.

 Mangan: thúc đẩy sự tạo thành gang trắng và ngăn cản graphit hóa. Bởi vậy trong gang trắng thường
chứa 2 - 2,5% Mn, gang xám lượng Mn không quá 1,3%.
+ Mn là nguyên tố tăng tính chịu mài mòn, tăng độ bền, giảm tác hại của lưu hùynh.


Photpho: là một nguyên tố có hại trong gang.
+ Làm giảm độ bền, tăng độ giòn của gang, dễ gây nứt vật đúc.
+ P tăng tính chảy loãng, tác dụng này được sử dụng để đúc tượng, chi tiết mỹ thuật.

Lưu hùynh: là nguyên tố có hại trong gang.
+ Làm cản trở graphit hóa, nên làm giảm tính chảy loãng do đó làm giảm tính đúc.

+ Lưu hùynh làm giảm độ bền cho gang giòn.
+ S kết hợp với Fe tạo thành FeS gây bở nóng.
+ Vì vậy thành phần S trong gang không quá 0,1%.


3. Ảnh hưởng của các nguyên tố đến tính chất của Thép:

 Cacbon: Cacbon có mặt trong thép giúp tăng khả năng chịu ăn mòn, tạo đặc tính cứng và bền cho thép.
 Mangan: Mangan được thêm vào thép nhằm khử oxi hóa trong quá trình nấu chảy để ngăn ngừa hình thành các chất bẩn sunfua sắt làm
cho thép bị nứt.

 Silic: được thêm vào một lượng nhỏ nhằm chống lại sự ăn mòn của axit sunfuric.
 Lưu huỳnh: được thêm vào giúp tăng hiệu suất gia công. Tuy nhiên, lưu huỳnh chỉ được thêm với hàm lượng nhỏ bởi vì sự có mặt của
lưu huỳnh là một trong những nguyên nhân xuất hiện sunfua bẩn.

 Photpho:
+ Tăng độ cứng, tăng tính chịu kéo.
+ Tính dát mỏng, tính dẻo giảm.
+ Dễ gia công cắt gọt.
+ Ở nhiệt độ thường tính va đập đặc biệt kém, sinh các vết nứt. Đây là hiện tượng giòn nguội, vì vậy đây là chất có hại.


4. Phương pháp xác định Cacbon theo TCVN 1821:2009

Nguyên tắc:
Đốt mẫu trong dòng oxi ở nhiệt độ thích hợp , hấp thụ khí CO2 tạo thành bằng dd KOH. Từ hiệu số đo thể tích
trước và sau khi hấp thụ cùng nhiệt độ áp suất của khí, tính ra hàm lượng Cacbon trong mẫu.

Điều kiện tiến hành:
+ Tiến hành ở nhiệt độ cao (12000C – 12500C), với thép hợp kim(13000C – 13500C)

+ Nguồn cấp khí phải là khí O2 sạch, khô.
+ Tốc độ cung cấp khí phải phù hợp khoảng 4-5 giọt/s.

Nếu C>3%, để mẫu phân hủy nhanh cần sử dụng xúc tác.


• Phương trình phản ứng :
C + O2 → CO2

Fe3C + 3O2 → CO2 +

Fe3O4

Mn3C + 3O2 → CO2 + Mn3O4
4Cr3C2 + 17O2 → 8CO2+ 6Cr2O3

•

Công thức:
%C = .P.100%
Trong đó:
+ V1: hiệu số chỉ thước đo trước và sau hấp thụ khí C mẫu thí nghiệm(ml).
+ V0: hiệu số chỉ thước đo trước và sau hấp thụ Cacbon mẫu trắng(ml).
+ G: khối lượng mẫu(gam).
+ P: hệ số chỉnh áp suất và nhiệt độ.


4. Phương pháp xác định Lưu Huỳnh theo TCVN 1820 - 76

 Nguyên tắc:

Đốt mẫu trong dòng oxi ở nhiệt độ thích hợp để oxi hóa S→SO2
+ Cách 1: hấp thụ SO2 bằng nước, chuẩn độ bằng dd Iot với chỉ thị hồ tinh bột.
+ Cách 2: hấp thụ hidro peoxit và chuẩn độ bằng NaOH với chỉ thị MR.

 Điều kiện xác định:
+ Lượng mẫu: tùy theo hàm lượng S trong hợp kim mà khối lượng mẫu lấy sao cho phù hợp.
+ Cần có thêm chất chảy là thiếc hoặc đồng để mẫu dễ nóng chảy có khả năng đốt cháy hoàn toàn mẫu.
o
o
+ Nhiệt độ đốt 1350 C đối với thép và gang hợp kim cao, 1300 C đối với thép và gang hợp kim thấp và trung bình.



trình phản ứng:
Phương
 
3FeS+5O2 → Fe3O4 + 3SO2

H2SO3+H2O+I2 → 2HI+H2SO4

3MnS+5O2 → Mn3O4+ 3SO2

H2SO3+H2O2 → H2SO4+H2O

SO2+H2O → H2SO3

H2SO4+2NaOH → Na2SO4+2 H2O

 Công thức tính kết quả:
trong đó :

V - thể tích dung dịch iot hoặc NaOH tiêu tốn khi chuẩn độ mẫu thí nghiệm(ml)

V1 - thể tích dung dịch axit sunfuric tiêu tốn khi chuẩn độ để cân bằng màu trong trường hợp màu của hai bình không đồng nhất(ml)

TS - độ chuẩn dung dịch iot hoặc natri hydroxyt, tính bằng số g lưu huỳnh trong 1 ml dung dịch

G - lượng cân mẫu, tính bằng (g)

P - hệ số nồng độ giữa dung dịch iot với dung dịch thiosunfat hoặc giữa dung dịch natri hydroxyt với axit sunfuric 0,02N khi chuẩn độ .