Способ определения азота в легированных сталях

Союз Советских Социалистических Рвспублнк(22) Заявлено 240879 (21) 2813131/23-26с присоединением заявки Ио -(51)м, Кл.э С 01 В 21/00 Я 01 й 31/16 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(71) Заявитель Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт технологии автомобильной промышленности(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АЗОТА В ЛЕГИРОВАННЫХСТАЛЯХ Изобретение относится к способам определения азотных составляющих в диффузионном слое, полученном на стальных иэделиях путем химико-термической обработки.Известен способ определения азота в сали 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 держание азота в пробе подсчитывают по количеству экстрагированных газов эа вычетом газоотдачи само аппаратуры, учитываемой как поправка холостого опыта, Эти способом опре еляют общее содержание азота в стали, состоящее из сумка трех составляющих - азот в твердом растворе, азот, связанный ь нитриды, и молекулярный азот, находящийся в порах 1, 25Недостатки 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 23.Недостаток известного способа заключается в том, что он также не позволяет производить раздельное определение составляющих азота в диффузионном слое, полученном в: ре.. 0,014 в количество азота, соответствующее 0,01 н. раствору сер"ной кислоты, .В результате определяют содержаниеазота в твердом растворе и в виденитридов в стали. Содержание азота 65 зультате 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-термическойобработке и образец иэ армко железа.Причем о содержании нитридногоазота судят по разности содержанияазота в исследуемом образце и армкожелезе.Способ осуществляется следующимОбразом.Образцы из исследуемой стали иармко железа одновременно подвергают химико-термической обработке, вчастности нитроцементации или азотированию, при 800-950 С. Затем с образцов стали и армко железа послойно на глубину диффузионного слояснимают стружку. В каждой навескестружки образца из испытываемой стали и армко железа определяют путемобъемной аспирации содержание азота в раствьре и нитридах. Для этогокаждую анализируемую навеску подвергают растворению в кислотах. Азот,находящийся в связанном состоянии,вступает в реакцию с выделяющимсяатомарным водородом и образует сначала аммиак, а затем соответствующую аммонийную соль.Полученный раствор нагревают сдобавлением концентрированной едкойщелочи. Происходит разложение аммонийной соли с выделением аммиака,который собирают в сосуд-приемник содновременной нейтрализацией еготитрованным раствором серной кислоты. По расходу раствора серной кислоты определяют содержание азотав стали и армко железе . Процентноесодержание азота определяют поФормуле(а-Ь ). К0 014 101525ЗО40 в армко железе соответствует содер-жанию азота в твердом растворе в стали. Поэтому о содержании нитридного азота в стали судят по разности содержания азота в исследуемом образце и армко железе.П р и м е р . Образцы из стали 25 ХГМ и армко железа одновременноподвергают нитроцементации при 850 Сс выдержкой в течение 8 ч в атмосфере эндогаэа с добавкой природного газа и 5 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 25 ХГМ 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 пробкойс 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 разрушения 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 исМарка стали я вы- добавка суммарное ки, ч аммиака, содержаниазота содержаниенитридногоазота содержаниеазота втвердомрастворе 25 ХГМАрмко железо 5 49 О, 32 0,32 0,3 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 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 изменит 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 титро" вания.Одновременно проводят контрольный опыт со стандартным образцам с известным содержанием азота. Процент содержания азота определяют по приведенной формуле в испытуемой на веске иэ стали 25 ХГМ 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 25 ХГМ после нитроцементации при 850 фС с выдержкой 8 ч в атмбсфере эндогаза с добавкой природного газа и 10 аммиака и последующей закалкой в масле, образцы иэ стали 35 Х после нитроцементации при 850 С 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 зависмости от содержания углерода в диффузионном слоеПри 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 азота в твердом растворе менее 0,1 приводит к образованию большого количества молекулярного азота эа счет распада нитридов и резкому снижению прочности. Верхний предел содержания 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 изделий после нитроцементации и аэоти- рования и качество проведения процесса химико-термической обработки, что способствует выбору оптимальных режимов, обеспечивая, тем самым, долговечность изделий.в Содержание азота на глубине 0,05 мм от поверхности иэделия,Марка стали время вы- добавкадержки,ч аммиака,ф суммарное Содержание содержание азота в азота твердомрастворе содержаниенитридногоазота 0,01 0,3,3 5 Х 0,1 Армко железо 19 е 0,15 абли Прочность на изгиб (7,к гс/мм ержание азота, % Уст алостная прочност ф кгс/мм Ударнаявязкостькгсм/см Марка стал в твердомрастворе итридно ХГМ 0,32 0,17,45 35 0,04 196,6 1 Формула изобретения личасодержани о разности дуемом обрмации,при экспертизе алиэ газов и Научи. техн. етной металлуравтомобилеом, 1963,ВНИИПИ Заказ 10101/2 Тираж 5 исно филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4 1. Способ определения азота в ле гированных сталях, образующегося при их химико-термической обработке при 800-950 фС, включающий растворение навески образца и последующее титроЬание раствором серной кислоты, . 5 оаличающийся 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 ющийся тем, что,н итридного азот а судят содержания азота в иссл разце и армко железе,Источники инфо принятые во внимание 1 е Клячко Ю.А. Ан включений в стали. И. изд"во по черной и цв гии, 1953, с. 128,2. Журнал "Технологи строения", М., НИИТавто 9 10, с. 39-41 (прототи