Определение углерода в сталях

Сейчас было бы сложно представить нашу жизнь без такого материала как сталь. Данный сплав применяется повсеместно для различных задач. Но так как широк круг применения, то и материал должен обладать теми или иными свойствами. Различный вклад вносят химические элементы, входящие в состав. Основой в сталях, как известно, является железо. Вторым обязательным компонентом является углерод. Так же в сталях присутствуют такие элементы как хром, никель, кремний, марганец и другие. Углерод придает сплавам твердость и прочность, снижая вязкость и пластичность. Поэтому так важно знать состав металла прежде, чем изготавливать ту или иную деталь.

Самым распространенным методом обнаружения углерода в сталях и чугунах является метод оптико-эмиссионной спектрометрии. Источником плазмы в нем является низковольтная или высоковольтная искра. В результате взаимодействия плазмы с атомами анализируемого материала, происходит свечение на разных длинах волн. Через входную щель спектрометра свет попадает на дифракционную решетку, на которой падающий свет разлагается в спектр. Излучение после дифракционной решетки попадает на детекторы, которые предоставляют информацию об интенсивности на каждой длине волны в виде электрических импульсов, которые и обрабатывает программа прибора. На экране прибора показывается результат, как правило, в виде процентного содержания элементов в пробе. Важной частью такого спектрометра также является баллон с аргоном. Это связано с нестабильным горением искры в воздушной среде.

В портативном лазерном анализаторе ЛИС источником появления плазмы и возбуждения электронов является импульсный DPSS лазер c длиной волны излучения 1064 нм сфокусированный в точку диаметром 50 мкм. Чистая оптическая схема без использования оптоволокна в качестве проводника света от разрядной камеры к дифференциальной решетке позволяет обнаруживать линию углерода 193.09 нм и получать линейную зависимость интенсивности от концентрации без использования инертного газа.

Возможность проводить измерения образцов сталей и чугуна без использования баллонов с газом позволила не только получить достаточно компактный переносной прибор, но и сократить расходы на покупку аргона.

Важным технологическим показателем для сталей является углеродный эквивалент CE (от англ. Carbon Equivalent). Этот показатель позволяет оценить совместное влияние на свариваемость не только углерода, но и других содержащихся элементов. Увеличение содержания в стали углерода (а также марганца, хрома, кремния, молибдена, ванадия, меди и никеля) снижает способность стали сварке. Когда количество вышеупомянутых компонентов велико, то металл шва с большей вероятностью закалится, что приведет к различным свойствам основного металла и металла шва. Такие различия могут привести к серьезным последствиям, так как такое соединение будет не столь пластичным, а значит более склонным к хрупкому разрушению.

Лазерный искровой спектрометр ЛИС умеет рассчитывать углеродный эквивалент и при необходимости выводить результат на экран. Для расчета CE используется формула Деардена и О-Нила, которая принята Международным институтом сварки (International Institute of Welding).

Опираясь на эту формулу, свариваемость стали в зависимости от CE может быть определена как:

<0.35 – отличная,
0.36-0.40 – очень хорошая,
0.41-0.45 – хорошая,
0.46-0.50 – средняя,
>0.50 – плохая.