为什么检出限在金属质量控制中非常重要

立新型OE750火花光谱仪能够以非常低的检出限测量整个金属元素谱。对于我们日立分析仪器而言,该功能是OE750开发团队的目标,为此,我们最终开发构思了一个全新的光学概念,并采用了不同的探测器技术。我们认为检测限全面低于10 ppm或高于1 ppm(取决于应用和元素)对于当今的金属质量控制至关重要。以下是对检出限为何如此重要的原因的阐述。

 

残留元素的识别和控制

混合物中的残留元素虽然未列入产品规范中,但仍需对其进行仔细监控。这在使用废料作为原材料的情况下尤其重要,因为废金属是残余金属的重要来源。这些元素的存在会对成品的性能产生显著影响,有些产品的敏感度比其他产品更高,如低碳钢和低合金钢。

最常见的残留物是铜、镍、铬、钼和锡。我们以锡为例,讨论该元素对钢的影响。锡会增加钢的强度和硬度,但会降低钢的延展性、抗冲击性和应变硬化能力。锡的存在还会影响加工条件,如再结晶,且可能会导致晶界脆化。

 

痕量元素的控制

基本上,痕量元素的控制符合合金牌号的规格。虽然对过多不同牌号的铸铁、钢和铝的讨论超出了本文的主题范围,然而,为了说明这一点,我们可对碳钢中的硼加以讨论。添加少量的硼(少至3ppm)可提高碳钢的淬透性。然而,一旦超出该含量,硼会从钢中分离出来并沉淀在晶界上,从而降低钢的淬透性、可焊性、韧性,并导致脆化。鉴于微量的硼对材料具有如此重大的影响,因此必须非常仔细地监控硼的含量。

 

控制熔体化学性质

控制熔体化学性质指的是控制铸造过程中所添加的能影响结构的元素,例如铸铁中的孕育元素或铝铸件中的改性剂。这些元素的含量通常必须控制在10 ppm以下。

例如,在铝铸件中,锶和钠用作改性剂,可去除磷化铝(硅的成核剂)并改善结构的延展性。然而,这些改性剂会因磷、锑和铋的存在而受到影响。为了确保改性剂正常发挥作用,必须监测和控制磷族元素的含量。 

 

符合ASTM标准的要求

许多ASTM试验方法要求通过火花发射光谱法检测含量非常低的元素。一个著名的例子是2017年经修订的ASTM E415试验方法。该方法指南规定了从铝到锆的21种不同元素的成分范围。对于典型的火花光谱仪而言,最具挑战性的可能是氮含量,这就是开发OE750的初衷,即为了测出含量低于10 ppm的氮元素。

迄今为止,我们讨论了已知的元素对材料性能、熔体化学性质和合规性的影响,然而,随着越来越多的铸造厂将废金属作为原料使用,我们可能会发现熔体中引入了更多我们不熟悉的元素,因此,我们需要密切监控这些元素的性质。为了充分了解和研究这些元素对熔体化学性质和材料性能的影响,需要以非常低的检出限分析所有的成分。

OE750火花光谱仪能够分析钢、铁和铝应用中的所有合金元素、痕量元素、残留元素和杂质元素。

如需了解更多有关OE750如何让您实现最终质量控制的信息,请联系我们以安排样机演示。

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日期: 17 January 2020

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