Сплавы титановые. Методы спектрального анализа

ГОСТ 23902-79*

Группа В59

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

СПЛАВЫ ТИТАНОВЫЕ

Методы спектрального анализа

Titanium alloys. Methods of spectral analysis

ОКСТУ 1809

Дата введения 1981-07-01

Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 21 ноября 1979 г. N 4443 срок введения установлен с 01.07.81

Проверен в 1985 г. Постановлением Госстандарта от 20.12.85 N 4508 срок действия продлен до 01.07.91**

________________

** Ограничение срока действия снято постановлением Госстандарта СССР от 29.04.91 N 609 (ИУС N 8, 1991 год). - Примечание изготовителя базы данных.

* ПЕРЕИЗДАНИЕ (октябрь 1988 г.) с Изменением N 1, утвержденным в августе 1986 г. (ИУС 3-86).

ВНЕСЕНО Изменение N 2, утвержденное и введенное в действие Постановлением Государственного комитета СССР по управлению качеством продукции и стандартам от 29.04.91 N 609 с 01.09.91

Изменение N 2 внесено изготовителем базы данных по тексту ИУС N 8, 1991 год


Настоящий стандарт устанавливает методы спектрального анализа для определения массовой доли легирующих элементов и примесей: алюминия, ванадия, железа, кремния, марганца, молибдена, олова, хрома, никеля, циркония, меди в деформируемых и литейных титановых сплавах.
 

1. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ

1. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ

1.1. Массовая доля легирующих элементов и примесей в титановых сплавах определяют по градуировочным графикам. Предусматривается использование двух методов градуировки приборов:

метода "трех эталонов";

метода "контрольного эталона".

Регистрация спектров фотографическая или фотоэлектрическая.

При проведении анализа фотографическим методом градуировочные графики строят в координатах:

,

где - разность почернений линий определяемого элемента и элемента сравнения;

- массовая доля определяемого элемента в стандартном образце (СО).

При проведении анализа фотоэлектрическим методом градуировочные графики строят в координатах:

, , ,

где - показание выходного измерительного устройства;

- массовая доля определяемого элемента в СО.

1.2. Для испарения пробы и возбуждения спектра используют искровые и дуговые источники света.

1.3. Для градуировки приборов применяют государственные стандартные образцы ГСО NN 1641-79 - 1645-79, 1792-80 - 1796-80, 2194-81 - 2198-81, 2881-84 - 2885-84, 3047-84 - 3050-84.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

1.3.1. Допускается применение отраслевых стандартных образцов (ОСО 5-84 - 7-84, 20-84 - 28-84), стандартных образцов предприятий, а также вновь выпускаемых стандартных образцов состава титановых сплавов всех категорий.

(Введен дополнительно, Изм. N 1).

1.4. Отбор проб производят по нормативно-технической документации.

1.5. Проверку правильности определения массовой доли элементов проводят, сравнивая результаты спектрального анализа с результатами анализа, выполненного химическими методами по ГОСТ 19863.1-80* - ГОСТ 19863.13-80*. Значение абсолютного допускаемого расхождения в процентах должно быть не более рассчитанного по формуле
________________
* На территории Российской Федерации действуют ГОСТ 19863.1-91 - ГОСТ 19863.13-91. Здесь и далее по тексту. - Примечание изготовителя базы данных.

,

где - результат анализа пробы, выполненного химическим методом, %;

- результат анализа пробы, выполненного спектральным методом, %;

- значение воспроизводимости спектрального метода анализа;

- значение воспроизводимости химического метода анализа.

(Измененная редакция, Изм. N 1, 2).
 

2. ФОТОГРАФИЧЕСКИЙ МЕТОД СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА

2.1. Анализ монолитных образцов

2.1.1. Сущность метода

Метод основан на возбуждении спектра образца дуговым или искровым разрядом с последующей регистрацией его на фотопластинке с помощью спектрографа.

2.1.2. Аппаратура, материалы и реактивы

Спектрограф средней дисперсии с кварцевой оптикой типа ИСП-30.

Источники света: искровой генератор типа ИГ-3 или ИВС-23 или дуговой генератор типа ДГ-2 или ИВС-28.

Микрофотометр типа МФ-2 или ИФО-460.

Ослабитель трехступенчатый.

Угли спектрально чистые марок С-2 или С-3, диаметром 6 мм.

Прутки магния марок МГ-95 или МГ-90 по ГОСТ 804-72*, диаметром 6-8 мм.
______________
* На территории Российской Федерации действует ГОСТ 804-93. - Примечание изготовителя базы данных.

Прутки меди марок M00, M1 или М2 по ГОСТ 859-78, диаметром 6 мм.
________________
* На территории Российской Федерации действует ГОСТ 859-2001. Здесь и далее по тексту. - Примечание изготовителя базы данных.

Фотопластинки спектральные типов 1, 2, ЭС, СП-1 или УФШ-3 чувствительностью от 3 до 10 единиц.

Проявитель N 1.

Фиксаж кислый.

Станок токарный настольный типа ТВ16.

Станок шлифовальный типа ЭТ-62.

Приспособление для заточки угольных электродов.

Вата гигроскопическая по ГОСТ 5556-81.

Спирт этиловый ректификованный технический по ГОСТ 18300-87.

Допускается применение другой аппаратуры, оборудования и материалов при условии получения точности анализа, не ниже предусмотренной настоящим стандартом.

(Измененная редакция, Изм. N 2).

2.1.3. Подготовка образцов

Для анализа используют образцы следующих форм и размеров:

прутки круглого или квадратного сечения диаметром (стороной) от 10 до 40 мм, длиной от 20 до 100 мм;

профили, полосы, диски толщиной не менее 2 мм;

листы толщиной не менее 0,5 мм;

стружку толщиной от 0,7 до 1,5 мм, шириной от 12 до 15 мм, длиной не менее 15 мм.

Допускается использование образцов, полученных путем прессования стружки или сплавления ее в инертной атмосфере.

Обыскриваемую поверхность образцов затачивают на плоскость на токарном или шлифовальном станке; параметр шероховатости поверхности должен быть не более 20 мкм по ГОСТ 2789-73. При анализе стружки используют ее гладкую сторону, которую предварительно протирают спиртом.

На обыскриваемой поверхности образцов не допускаются раковины, царапины, трещины, шлаковые включения, надиры, волнистость, цвета побежалости.

Подготовка к анализу СО и анализируемых образцов (АО) должна быть однотипной для данной серии измерений. Противоэлектроды затачивают на полусферу с радиусом 3-6 мм, усеченный конус с углом при вершине 60-90° и площадкой диаметром 1,0-1,5 мм или конус с углом при вершине 120°.

2.1.4. Проведение анализа

Условия проведения анализа фотографическим методом приведены в табл.1.
 

Таблица 1

________________

* Соответствует оригиналу. - Примечание изготовителя базы данных.

Примечания:

1. Параметры устанавливают в пределах указанных значений.

2. Время экспозиции устанавливают в зависимости от чувствительности применяемых фотопластинок; оно должно быть не менее 15 с.

3. - разность почернений аналитической линии и фона вблизи линии.


Длины волн аналитических спектральных линий и диапазоны определяемых массовых долей приведены в табл.2.
 

Таблица 2

________________

* Используют при анализе сплавов, не содержащих ванадий.

** Используют при анализе сплавов, не содержащих молибден.

Примечания:

1. Спектральные линии, ограниченные в таблице парантезом, могут быть соответственно объединены в любые аналитические пары.

2. При использовании в аэрозольно-искровом методе в качестве внутреннего стандарта азотнокислого никеля за линию сравнения берут линии никеля 309,91 нм или 277,31 нм.

3. Римские цифры перед значениями длин волн означают принадлежность линий:

I - нейтральному атому;

II - однократно ионизированному атому;

III - двукратно ионизированному атому.


При работе по методу "трех эталонов" выполняют следующие операции:

выбирают не менее трех СО анализируемого сплава;

спектры СО и АО фотографируют на одной фотопластинке при выбранных условиях анализа с рандомизацией порядка съемки. Спектры каждого СО и АО фотографируют 2-3 раза;

измеряют почернения выбранных аналитических линий и линий сравнения, подсчитывают величину разности почернений для аналитических пар линий и среднее арифметическое по двум-трем спектрам;

строят градуировочный график в координатах . Этот график пригоден для анализа тех образцов, спектры которых сняты вместе с СО на одной фотопластинке;

по градуировочному графику находят массовую долю элемента в АО.

Время экспозиции выбирают такое, при котором обеспечиваются нормальные почернения всех аналитических линий.

При работе по методу "контрольного эталона" кроме СО, которые нужны для построения основного градуировочного графика, используют СОП, который должен удовлетворять следующим требованиям:

по химическому составу он должен находиться возможно ближе к середине диапазона концентраций, указанного в нормативно-технической документации на данный сплав;

по физико-химическим свойствам (способу литья, обработке), форме и размерам СОП должен соответствовать АО.

Работу начинают с построения основного градуировочного графика. Для этого на одной фотопластинке фотографируют спектры СО данного сплава вместе со спектрами СОП. Спектры каждого СО и СОП фотографируют три-пять раз. По средним значениям разности почернений строят постоянный градуировочный график основной фотопластинки в координатах: .

При анализе производственных образцов на рабочей фотопластинке вместе со спектрами АО фотографируют спектры СОП 2-3 раза каждый. Определяют разность почернений аналитических пар линий для СОП и АО ( и ) как среднее из соответствующего количества спектров. умножают на величину переводного коэффициента .

Переводной коэффициент , вводимый для учета свойств эмульсии рабочей фотопластинки, вычисляют по формуле

,

где - разность почернений вспомогательной пары линий титана или разность почернений линии титана для двух ступенек ослабителя, подсчитанная по нескольким спектрам основной фотопластинки;

- разность почернений тех же вспомогательных линий титана или почернений линии титана для тех же ступенек ослабителя, подсчитанная для рабочей фотопластинки.

Через точку с координатами ; проводят рабочий график, параллельный основному, и проводят по нему определение массовых долей в АО, пользуясь величиной .

Для подсчета коэффициента рекомендуется использовать следующие пары линий титана (в нанометрах):

Ti 257,10 - Ti 257,26;

Ti 252,00 - Ti 255,60;

Ti 257,10 - Ti 255,60

или I и II ступеньки ослабителя (линии Ti 356,16; Ti 303,

87).

2.1.5. Обработка результатов

2.1.5.1. За окончательный результат анализа принимают среднее арифметическое трех параллельных измерений, полученных по трем спектрограммам, если выполняется условие:

,

где - наибольший результат параллельного измерения;

- наименьший результат параллельного измерения;

- относительное стандартное отклонение, характеризующее сходимость измерений;

- среднее арифметическое, вычисленное из параллельных измерений (3).

При проведении экспресс-анализа допускается вычислять результат анализа по двум параллельным измерениям и при условии, что

.

2.1.5.2. Воспроизводимость фотографического метода анализа, характеризующаяся относительным стандартным отклонением , и сходимость приведены в табл.3.
 

Таблица 3

2.1.5.3. Методики вычисления и приведены в справочном приложении 1.

2.1.5.2, 2.1.5.3 (Измененная редакция, Изм. N 1).

2.2. Анализ образцов, переведенных в раствор

2.2.1. Сущность метода

Метод основан на переведении металлического образца в раствор, вдуваемый распылителем в искровой разряд. Спектры регистрируют на фотопластинке.

2.2.2. Аппаратура, материалы и реактивы

Спектрограф средней дисперсии с кварцевой оптикой типа ИСП-30.

Искровой генератор типа ИГ-3 или ИВС-23.

Воздушный компрессор типа КВМ-8 с электроприводом (0,2-0,3 кВт) и ресивером на давление 50-200 кПа.

Распылитель с камерой обратной конденсации (черт.1).

1 - распылитель; 2 - резиновая пробка; 3 - жидкостной капилляр; 4 - воздушный капилляр

Черт.1

Микрофотометр типа МФ-2 или ИФО-460.

Токарный станок для заточки электродов типа ТВ-16.

Приспособление для заточки угольных электродов.

Спектрально чистые угли марок Б3 или С3 диаметром 6 мм.

Фотопластинки спектральные типов I, II или ЭС чувствительностью от 3 до 20 единиц.

Резиновый шланг.

Фарфоровые тигли.

Платиновые тигли.

Полиэтиленовая посуда.

Фильтры беззольные средней плотности ("белая лента") и плотные ("синяя лента") по ТУ 6-09-1678.

Печь муфельная с терморегулятором.

Аммиак водный по ГОСТ 3760-79, 25%-ный раствор.

Кислота серная по ГОСТ 4204-77, разбавленная 1:3.

Кислота соляная по ГОСТ 3118-77.

Кислота фтористоводородная по ГОСТ 10484-78.

Кислота азотная по ГОСТ 4461-77.

Гидроксиламина гидрохлорид по ГОСТ 5456-79, раствор 100 г/дм (гидроксиламина гидрохлорид).

Натрия гидроокись по ГОСТ 4328-77, 0,1 н. раствор.

Натрий кремнекислый (NaSiO·9НО) по ТУ 6-09-5337.

Титан губчатый марки ТГ1-00 по ГОСТ 17746-79*.
______________
* На территории Российской Федерации действует ГОСТ 17746-96. - Примечание изготовителя базы данных.

Алюминий первичный марки А95 по ГОСТ 11069-74*.
______________
* На территории Российской Федерации действует ГОСТ 11069-2001. - Примечание изготовителя базы данных.

Марганец металлический марки Мр-00 по ГОСТ 6008-82*.
______________
* На территории Российской Федерации действует ГОСТ 6008-90. - Примечание изготовителя базы данных.

Олово металлическое марки 01 по ГОСТ 860-75.

Никель металлический марки НП1 по ГОСТ 492-73.

Молибден металлический, ванадий металлический (массовая доля основного элемента не менее 99,5%).

Хром металлический марки Х00 по ГОСТ 5905-79*.
______________
* На территории Российской Федерации действует ГОСТ 5905-2004. - Примечание изготовителя базы данных.

Железо металлическое восстановленное.

Циркония хлорокись (цирконий хлористый ZrOCl·8HO).

Вода дистиллированная по ГОСТ 6709-72.

Стандартные растворы: титана с 0,02 г/см; алюминия с 0,01 г/см; ванадия с 0,01 г/см; железа с 0,01 г/см; кремния с 0,001 г/см; марганца с 0,01 г/см; молибдена с 0,001 г/см; никеля с 0,01 г/см; олова с 0,01 г/см; хрома с 0,01 г/см; циркония с 0,001 г/см.

Приготовление стандартных растворов описано в обязательном прилож

ении 2.

2.2.3. Подготовка проб

Анализируемую пробу массой 1 г растворяют при нагревании в 50 см серной кислоты (1:3), добавляя для окисления несколько капель концентрированной азотной кислоты или растворы гидрохлорида гидроксиламина 100 и 200 г/дм. После полного растворения пробы раствор переводят в мерную колбу вместимостью 100 см, доводят объем раствора до метки водой и тщательно перемешивают.

2.2.2, 2.2.3. (Измененная редакция, Изм. N 2).

2.2.4. Проведение анализа

2-3 см раствора, приготовленного по п.2.2.3 помещают в камеру распылителя 1 (см. черт.1) и закрывают отверстие распылителя резиновой пробкой 2, в которую вставлен угольный электрод (черт.2).

Черт.2

Распылитель 1 (черт.3) закрепляют в держателе штатива спектрографа 2. Включают компрессор 6, перекрывая доступ воздуха в распылитель зажимом 3. При достижении в системе давления 70-80 кПа, измеряемого по манометру 4, снимают зажим 3. Воздух поступает в распылитель, начинается подача аэрозоля в разрядный промежуток и регистрация спектра.
 

1 - распылитель с пробкой и электродом; 2 - держатели электродов искрового штатива; 3 - зажим;
4 - манометр на 100-200 кПа; 5 - резиновый шланг; 6 - компрессор воздушный с электроприводом

Черт.3

Условия проведения анализа приведены в табл.1.

Длины волн аналитических спектральных линий и диапазоны определяемых массовых долей приведены в табл.2.

Для построения графиков используют растворы для градуирования (РГ), приготовленные из стандартных растворов отдельных элементов.

Количество стандартного раствора , см, необходимое для приготовления РГ, вычисляют по формуле

,

где - приготавливаемое количество РГ, см;

- суммарная массовая доля элементов в РГ, г/дм;

- массовая доля элемента в РГ в расчете на металл, %;

- массовая концентрация стандартного раствора элемента, г/см.

Значения величин , и задают, исходя из конкретной аналитической задачи.

Для приготовления РГ допускается использование комплекта СО или одного СО. При использовании одного СО в растворы проб и РГ вводят в качестве внутреннего стандарта 15 см азотнокислого никеля на 100 см раствора.

Состав РГ (С) в процентах, приготовленных из одного СО, вычисляют по формуле

,

где - массовая доля элемента в металлическом СО, %;

- масса СО, г;

- масса анализируемой пробы, г.

Анализ растворов проб проводят по методу "трех эталонов".

2.2.2-2.2.4. (Измененная редакция, Изм. N 1).

2.2.5. Обработка результатов

2.2.5.1. Обработка результатов приведена в п.2.1.5.

2.2.5.2. Воспроизводимость метода и сходимость приведены в табл.3.

(Измененная редакция, Изм. N 1).
 

3. ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ МЕТОД СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА

3.1. Сущность метода

Метод основан на возбуждении спектра дуговым или искровым разрядом с регистрацией интенсивности линий с помощью фотоэлектрической установки.

3.2. Аппаратура и реактивы

Установка фотоэлектрическая (квантометр) типа ДФС-10М, ДФС-36, ДФС-41 или МФС-4.

Генератор типа ГЭУ-1, УГЭ-4, ИВС-1, "АРКУС" или ИГ-3.

Угли спектрально чистые марки С2 или С3, диаметром 6 мм.

Прутки меди марки M00, M1 или М2 по ГОСТ 859-78, диаметром 6 мм.

Токарный станок типа ТВ-16.

Приспособление для заточки углей.

Станок шлифовальный.

Допускается применение другой аппаратуры, оборудование и материалов при условии получения точности анализа, не ниже предусмотренной настоящим стандартом.

3.3. Подготовка образцов

Образцы готовят, как указано в п.2.1.3.

3.4. Проведение анализа

Анализ проводят по методу "трех эталонов" или "контрольного эталона".

Условия проведения анализа приведены в табл.4.

Длины волн аналитических спектральных линий приведены в табл.5.

Аналитические линии выбирают в зависимости от массовой доли элемента в образце, возможности размещения выходных щелей на каретках квантометра и т.д. Допускается использование других аналитических линий при условии, что они обеспечивают точность и чувствительность, отвечающие требованиям настоящего стандарта.

Массовая доля элементов в АО определяют с помощью градуировочного графика, построенного в координатах: или по 2-3 параллельным измерениям.

При работе на квантометрах по методу "контрольного эталона" с построением градуировочного графика в координатах поступают, как указано в п.2.1.4 ( - показание прибора, пропорциональное логарифму интенсивности). При этом градуировочный график проводят через точку с координатами ; параллельно основному графику.

При построении градуировочного графика в координатах регистрируют спектры СО, по усредненным отсчетам строят градуировочный график и продолжают его до пересечения с осью массовых долей ( - показание прибора, пропорциональное интенсивности). Точка пересечения является "точкой вращения" градуировочного графика (при условии постоянства "нулевого" отсчета прибора по соответствующему каналу).

Перед анализом образцов регистрируют спектры СОП 3-5 раз, через точку вращения и точку с координатами ; проводят рабочий градуировочный график, по которому определяют массовую долю элемента в