ГОСТ Р ИСО 14284-2009 Сталь и чугун. Отбор и подготовка образцов для определения химического состава

     6 Расплавленный металл для чугунолитейного производства

6.1 Общие положения

Для отбора проб жидкого чугуна из доменных и электрических печей, раздаточных печей дуплекс-процессов, а также из ковшей и конверторов технологической обработки применяют следующие методы. Жидкий чугун, предназначенный для производства чугунных отливок, может быть неоднородным. Необходимо уделять особое внимание разработке методов отбора проб, чтобы они соответствовали требованиям определенного производственного процесса. Например в раздаточных печах идет процесс напластования жидкого чугуна, поэтому отбор проб должен обеспечивать представительность расплава в целом. В случае периодических технологических процессов две или более проб следует отбирать из плавильных печей в момент, когда одна или две третьи части расплава уже выпущены. По этим пробам определяют усредненный химический состав металла. В непрерывных процессах пробы берут через постоянные интервалы времени. Обычно разрабатывают методы отбора проб, позволяющие как можно быстрее охлаждать жидкий металл образца, разливаемого из ложки, для получения структуры металла белого чугуна, свободной от графита. Структура белого чугуна образца, полученного путем отливки в изложнице, обычно требуется для анализа физическими методами. Можно также использовать неохлажденные образцы. В этом случае образцы для анализа могут быть специально отлиты при отборе жидкого металла ложкой или отобраны от брусков или плоских блоков, предназначенных для проведения механических испытаний. Бруски и блоки для испытаний отливают отдельно из того же металла, который используют для производства отливки или литья изделий. По согласованию с заказчиком при производстве крупных отливок или большого количества отливок следует отбирать два или более образцов. Специального рассмотрения требует отбор проб и подготовка образцов жидкого чугуна для определения содержания кислорода, азота и водорода (6.5).

6.2 Отбор проб ложкой

6.2.1 Общие положения

Пробы отбирают перед добавлением в расплав модифицирующих присадок. Альтернативно - выжидают достаточный период времени, чтобы закончился процесс действия только что добавленных присадок. Затем расплав следует тщательно перемешать перед отбором пробы. Несоблюдение требования выдержки перед отбором пробы может ухудшить представительность отбора образцов. Особенно трудно осуществлять отбор образцов ковкого чугуна из-за возможности загрязнения его окалиной в ходе производственного процесса. В этом случае представительный образец может быть получен путем фильтрации чугуна с использованием керамического диска.

Примечание 6 - Следует учитывать, что при отборе проб до добавления модифицирующих присадок полученный образец не может быть представительным по химическому составу литого изделия.

6.2.2 Методы

Графитовую или стальную ложку, покрытую огнеупорным материалом с высоким содержанием кремнезема, можно использовать в одном из следующих методов:

a) снимают шлак с поверхности расплава, погружают предварительно нагретую ложку в расплав и наполняют жидким чугуном;

b) вводят предварительно нагретую ложку в струю металла при разливке и наполняют жидким чугуном.

6.2.3 Охлажденный образец

Жидкий чугун быстро выливают из ложки в разъемную форму, сделанную из графита, гематитового чугуна или меди, чтобы получить образец в виде небольшой плоской пластины толщиной от 4 до 8 мм. Извлекают образец из формы, как только он затвердеет, чтобы избежать перегрева формы и разлома самого образца. Затем отрезают прибыль отливки. Образец, называемый монетой, может быть круглым, прямоугольным или квадратным диаметром от 35 до 40 мм или 50х27 и 50х50 мм, соответственно. Как правило, дисковые образцы отливают вертикально, а прямоугольные и квадратные - горизонтально. Форма состоит из двух частей, которые при использовании зажимают вместе. Плоская плита обеспечивает охлаждение, а другая часть в виде блока образует полость формы. Края полости формы могут быть скошены для облегчения выемки образца из формы. Круглый образец с одним или несколькими штырьками можно отлить в форме комбинированного типа. Штырьки отламывают от диска, чтобы по мере необходимости использовать их в качестве рабочих проб для проведения анализа термическим способом. Вертикальную форму этого типа общепринято называть книжкой. Ее изготовляют из серого чугуна с низким содержанием фосфора и высоким содержанием углерода, графита или меди. Это может быть медная форма с водяным охлаждением (рисунок 2). Образец в виде диска диаметром от 35 до 40 мм и толщиной от 4 до 6 мм имеет три штырька диаметром 5 мм каждый. Температура жидкого чугуна в ложке должна быть как можно более высокой в зависимости от материала формы. Форма должна быть холодной, чтобы обеспечивать адекватное охлаждение при изготовлении образца для анализа, имеющего структуру белого чугуна. При необходимости следует охлаждать форму воздухом перед ее применением по назначению. В форме не должно быть влаги. Для технологического процесса с частой выборкой образцов необходимо иметь несколько холодных форм. Термическое напряжение от перегрева формы может быть причиной разлома образца, поэтому такое напряжение недопустимо.

    6.2.4 Неохлажденный образец

Жидкий чугун быстро выливают из разливательной ложки в песчаную форму, чтобы получить образец в виде цилиндра диаметром приблизительно 50 мм и высотой от 40 до 50 мм. Образец для анализа может быть отобран из брусков или блоков, предназначенных для механических испытаний. Эти бруски и блоки отливают из жидкого чугуна, взятого из ковша разливательной ложкой или небольшим ручным ковшом. Стандартный брус имеет диаметр 30 мм, длину 150 мм и может быть отлит вертикально или горизонтально в песчаной форме. Необходимо обеспечить полное охлаждение образца перед изъятием его из этой формы.

6.2.5 Обслуживание оборудования

Ложки для отбора проб и металлические формы следует содержать чистыми и сухими. После их применения удаляют шлак и настыль, очищают поверхности формы металлической щеткой. Литейные формы следует повторно обработать на станке в случае износа внутренних поверхностей. Тогда не потребуется дополнительная обработка образца во время подготовки его поверхности.

6.3 Отбор проб специальными устройствами (зондами)

Отбор проб специальными устройствами - пробоотборниками на чугунолитейном производстве ограничен. При необходимости пробоотборники должны быть сконструированы для отбора проб из расплава так, чтобы пробы по качеству и структуре металла соответствовали требованиям, необходимым для проведения анализа определенным методом.

6.4 Подготовка образца для анализа

6.4.1 Предварительная подготовка

Песок, прилипший к поверхности образца, отлитого в песчаную форму, удаляют скребком-щеткой или пескоструйной обработкой. Оксиды с поверхности удаляют шлифованием. Готовят образец в соответствии с одной из процедур, изложенных в 6.4.2, 6.4.3 или 6.4.4, в зависимости от метода, выбранного для анализа.

6.4.2 Образец для анализа химическим методом

6.4.2.1 Общие положения

Механическую обработку образца для получения стружки проводят сверлением или обточкой на токарном станке при скорости 100-150 об/мин, используя инструмент с резцом из карбида вольфрама, так отрегулировав скорости вращения и подачи, чтобы иметь стружку одинакового размера без мелких частиц. Стружка должна быть цельной и компактной массой, равной приблизительно 10 мг (100 шт./г), чтобы предотвратить выкрашивание и потерю графита. Стружку не промывают растворителем и не обрабатывают магнитным способом из-за опасности изменения распределения металла и графита (сегрегации). Сверло диаметром 10 мм пригодно для получения стружки путем сверления. Для определения общего содержания углерода готовят стружку размером от 1 до 2 мм. Если механическая обработка является практически нецелесообразной, образец разламывают на куски, которые затем размалывают в ударной ступе или на вибрационной мельнице, чтобы получить достаточную массу образца для анализа с частицами размером не более 150 мкм. Этот метод используют только в тех случаях, когда можно показать, что измельчение не ведет к загрязнению образца.

6.4.2.2 Методы

Для подготовки закаленной пробы применяют сверление, если это практически возможно, отбрасывая в отход стружку, снятую с поверхности. Если готовят незакаленный образец, представленный в виде цилиндрического блока, то сверлят поперечное отверстие в точке, расположенной на одной третьей части длины этого блока. Затем сверлят другое отверстие с противоположной стороны. Стружку, полученную от сверления одной третьей части радиальной глубины с двух направлений, не используют. Продолжают сверлить через центр блока, чтобы получить образец для анализа. Если представлен образец в виде бруска, то используют один из следующих методов:

a) шлифуют две плоскости противоположных сторон бруска; сверлят с одной стороны к другой в позиции на одну третью часть длины бруска;

b) обтачивают брусок на токарном станке с максимальной глубиной среза 0,25 мм. Смазочно-охлаждающую жидкость не применяют. Выполняют радиальный срез от края к центру или лицевую обточку в плоскости поперечного сечения бруска, не ограничивая токарную обработку только поверхностью бруска. Стружку, полученную с поверхности бруска, не используют. Если представлен образец, не пригодный к механической обработке, то отламывают от него кусочки или вырезают слой толщиной 3 мм или диск из плоскости поперечного сечения вблизи нижней части испытательного бруска. Размалывают эти части в ударной ступе или на вибрационной мельнице, чтобы получить достаточную массу образца для анализа с частицами размером не более 150 мкм.

6.4.3 Образец монолитной формы для анализа термическим методом