Чугун легированный. Методы определения кремния

ГОСТ 2604.3-83
Группа В09

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

ЧУГУН ЛЕГИРОВАННЫЙ

Методы определения кремния

Alloy cast iron. Methods for determination of silicon

MКC 77.080.10
ОКСТУ 0809

Дата введения 1984-07-01

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ

1. РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Министерством черной металлургии СССР

РАЗРАБОТЧИКИ

Ю.С.Чернобривенко, Т.А.Бутенко, П.А.Пархоменко, А.С.Гржегоржевский, В.П.Корж, Ж.Б.Куликовская, Б.А.Сорочинский, Л.Н.Новак

2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета стандартов Совета Министров СССР от 08.07.83 N 680

3. ВЗАМЕН ГОСТ 2604.3-77

4. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ

5. Ограничение срока действия снято по протоколу N 3-93 Межгосударственного совета по стандартизации, метрологии и сертификации (ИУС 5-6-93)

6. ИЗДАНИЕ с Изменениями N 1, 2, утвержденными в марте 1986 г., декабре 1988 г. (ИУС 6-86, 3-89)


Настоящий стандарт устанавливает фотометрический метод определения кремния (при массовой доле от 0,05 до 5,0%), гравиметрический метод определения кремния (при массовой доле от 0,10 до 20,0%) в легированном чугуне.

(Измененная редакция, Изм. N 2).
 

1. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ

1. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ

1.1. Общие требования к методам анализа - по ГОСТ 28473.

1.2. Погрешность результата анализа (при доверительной вероятности =0,95) не превышает предела, приведенного в таблице* при выполнении следующих условий:

расхождение результатов двух (трех) параллельных измерений не должно превышать (при доверительной вероятности =0,95) значения (), приведенного в таблице*;

воспроизведенное в стандартном образце значение массовой доли элемента не должно отличаться от аттестованного более чем на допускаемое (при доверительной вероятности =0,85) значение , приведенное в таблице*.
_________________
* Текст соответствует оригиналу. - Примечание.

При невыполнении одного из вышеуказанных условий проводят повторные измерения массовой доли кремния. Если и при повторных измерениях требования к точности результатов не выполняются, результаты анализа признают неверными, измерения прекращают до выявления и устранения причин, вызвавших нарушение нормального хода анализа.

Расхождение двух средних результатов анализа, выполненных в различных условиях (например, при внутрилабораторном контроле воспроизводимости), не должно превышать (при доверительной вероятности =0,95) значения , приведенного в таблице.

(Введен дополнительно, Изм. N 2).
 

2. ФОТОМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ КРЕМНИЯ

2.1. Сущность метода

Метод основан на образовании желтого кремнемолибденового комплекса, восстановлении этого соединения аскорбиновой кислотой до кремнемолибденовой сини и измерении оптической плотности окрашенного раствора.

Мешающее влияние фосфорномолибденового комплекса устраняется добавлением щавелевой кислоты при растворении в соляной кислоте и лимонной - при растворении в серной кислоте. Мышьяковомолибденовый комплекс образуется только при температуре кипения раствора.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

2.2. Аппаратура, реактивы и растворы

Спектрофотометр или фотоэлектроколориметр.

Кислота соляная по ГОСТ 3118, разбавленная 1:3.

Кислота азотная по ГОСТ 4461 и разбавленная 1:3,5.

Кислота щавелевая по ГОСТ 22180, раствор с массовой концентрацией 0,08 г/см.

Кислота аскорбиновая, раствор с массовой концентрацией 0,02 г/см, свежеприготовленный.

Кислота лимонная по ГОСТ 3652.

Смесь лимонной и аскорбиновой кислот, свежеприготовленная: 2,5 г лимонной и 0,5 г аскорбиновой кислот растворяют в 100 см воды.

Кислота серная по ГОСТ 4204, разбавленная 1:1 и 1:20.

Железо карбонильное, ос. ч.

Аммоний молибденовокислый по ГОСТ 3765, раствор с массовой концентрацией 0,05 г/см, перекристаллизованный из спиртового раствора.

Перекристаллизация молибденовокислого аммония: 250 г молибденовокислого аммония растворяют в 400 см воды при 70-80 °С. Горячий раствор фильтруют через плотный фильтр "синяя лента" в стакан, содержащий 300 см этилового спирта. Раствор охлаждают и выдерживают в проточной воде в течение 1 ч. Выпавшие кристаллы отфильтровывают на воронку Бюхнера с фильтром средней плотности "белая лента". Кристаллы промывают два-три раза этиловым спиртом порциями по 20-30 см и высушивают на воздухе.

Аммиак водный по ГОСТ 3760.

Спирт этиловый ректификованный технический по ГОСТ 18300.

Кремния двуокись по ГОСТ 9428.

Калий углекислый - натрий углекислый по ГОСТ 4332.

Натрий углекислый по ГОСТ 83.

Натрий кремнекислый, стандартный раствор, с массовой концентрацией кремния 0,0002 г/см: 0,2140 г двуокиси кремния, прокаленной до постоянной массы при 1000-1100 °С, помещают в платиновый тигель, прибавляют 2 г углекислого натрия, перемешивают, закрывают крышкой и сплавляют при 1000-1100 °С. Тигель охлаждают, ополаскивают снаружи водой, помещают в стакан вместимостью 250-300 см, приливают 50-60 см воды и нагревают до полного растворения плава.

Раствор кремнекислого натрия фильтруют в мерную колбу вместимостью 500 см, фильтр промывают три-пять раз горячей водой и отбрасывают. Раствор в колбе охлаждают, доливают до метки водой и перемешивают. Раствор кремнекислого натрия хранят в полиэтиленовой или кварцевой посуде.

Определение массовой концентрации стандартного раствора: 50 см стандартного раствора помещают в стакан вместимостью 300-400 см. Далее определение проводят по п.3.3.

Массовую концентрацию () стандартного раствора, выраженную в г/см кремния, вычисляют по формуле

,

где - масса тигля с осадком двуокиси кремния, г;

- масса тигля с остатком после обработки фтористоводородной кислотой, г;

- масса тигля с осадком в контрольном опыте, г;

- масса тигля с остатком в контрольном опыте после обработки фтористоводородной кислотой, г;

0,4675 - коэффициент пересчета двуокиси кремния на кремний;

50 - объем стандартного раствора, взятого для анализа, см.

(Измененная редакция, Изм. N 1, 2).

2.3. Проведение анализа

2.3.1. Определение кремния (0,05-1,0%)

Навеску чугуна массой 0,2 г помещают в стакан или коническую колбу вместимостью 100 см, приливают 20 см соляной кислоты и нагревают на кипящей водяной бане 3-5 мин. Приливают 1 см азотной кислоты и продолжают нагревание до полного растворения навески. Затем приливают 10 см воды и кипятят 2-3 мин до удаления окислов азота.

Раствор фильтруют через фильтр "белая лента" в мерную колбу вместимостью 100 см и промывают осадок на фильтре 3-4 раза небольшими порциями горячей воды.

Фильтр с осадком помещают в платиновый тигель, высушивают и озоляют. Осадок прокаливают при 900-1000 °С. После охлаждения в эксикаторе содержимое тигля сплавляют с 0,5 г углекислого натрия или углекислого калия-натрия при 1000-1100 °С.

Тигель с плавом охлаждают, ополаскивают внешние стенки тигля водой и помещают в стакан вместимостью 200 см. Плав выщелачивают в 20-25 см воды при нагревании. Раствор охлаждают и присоединяют к основному фильтрату, доливают до метки водой и перемешивают. Полученный раствор фильтруют через сухой фильтр "белая лента" в коническую колбу вместимостью 150-200 см, отбрасывая первые порции раствора, предварительно ополоснув ими колбу.

В две мерные колбы вместимостью 100 см помещают по 10 см раствора, по 50 см воды, и в одну из них добавляют 10 см раствора молибденовокислого аммония; раствор второй колбы используют в качестве раствора сравнения. Появление осадка или легкой опалесценции при добавлении молибденовокислого аммония свидетельствует о рН 1,3-1,5, необходимом для образования кремнемолибденового комплекса.

Через 15 мин после добавления раствора молибденовокислого аммония приливают последовательно по 5 см серной кислоты (1:1), по 5 см раствора щавелевой кислоты и по 5 см раствора аскорбиновой кислоты. После добавления каждого реактива растворы перемешивают, доливают водой до метки, перемешивают и выдерживают в течение 20 мин при (20±4) °С.

Величину оптической плотности растворов измеряют на спектрофотометре при длине волны 830 нм или на фотоэлектроколориметре при длине волны (630±20) нм (красный светофильтр) в кювете оптимального размера относительно раствора сравнения.

По найденному значению оптической плотности исследуемого раствора с учетом поправки контрольного опыта находят массу кремния по градуировочному графику.

(Измененная редакция, И

зм. N 2).

2.3.2. Построение градуировочного графика

В восемь стаканов вместимостью 100 см помещают по 0,2 г карбонильного железа и в семь из восьми 0,5; 1,0; 2,0; 4,0; 6,0; 8,0 и 10,0 см стандартного раствора кремния, что соответствует 0,00001; 0,00002; 0,00004; 0,00008; 0,00012; 0,00016 и 0,00020 г кремния в 100 см фотометрируемого раствора. Раствор в восьмом стакане, не содержащий кремний, используют в качестве раствора сравнения.

В каждый стакан приливают по 20 см соляной кислоты и нагревают на кипящей водяной бане 3-5 мин, затем по 1 см азотной кислоты и продолжают нагревание до полного растворения навески, затем приливают по 10 см воды и кипятят 2-3 мин до удаления окислов азота.

Растворы из стаканов переводят в мерные колбы вместимостью 100 см, охлаждают, доливают водой до метки и перемешивают.

В восемь мерных колб вместимостью 100 см помещают аликвотные части раствора по 10 см, по 50 см воды и по 10 см раствора молибденовокислого аммония. Появление осадка или легкой опалесценции при добавлении молибденовокислого аммония свидетельствует о рН 1,3-1,5, необходимом для образования кремнемолибденового комплекса.

Далее определение проводят по п.2.3.1.

По найденным значениям оптической плотности анализируемых растворов с учетом поправки контрольного опыта и соответствующих им значениям концентраций кремния строят градуировочный график.

(Измененная редакция, Изм.

N 1).

2.3.3. Определение кремния (0,05-5,0%).

Навеску чугуна массой в соответствии с табл.1а помещают в стакан вместимостью 200-250 см, приливают 50 см серной кислоты (1:20), накрывают стакан часовым стеклом и растворяют при слабом кипячении. Затем приливают 10 см азотной кислоты (1:3,5) и кипятят 5 мин, охлаждают и переносят в мерную колбу вместимостью 200 см, доливают до метки водой, перемешивают и фильтруют в сухую колбу через сухой фильтр "белая лента", отбрасывая первую порцию фильтрата. Отбирают аликвотные части раствора в две мерные колбы вместимостью 100 см в соответствии с табл.1а, в одну из них приливают 5 см раствора молибденовокислого аммония, во вторую 5 см воды, перемешивают и выдерживают 5 мин при массовой доле кремния до 0,5% и 3 мин при массовой доле кремния свыше 0,5%. Затем в обе колбы приливают 5 см серной кислоты (1:1), 5 см смеси лимонной и аскорбиновой кислот и выдерживают 10 мин при массовой доле кремния до 0,5% и 5 мин при массовой доле кремния свыше 0,5%.
 

Таблица 1а

Растворы в колбах доводят до метки и перемешивают.

Раствор второй колбы служит раствором сравнения.

Величину оптической плотности растворов измеряют на спектрофотометре при длине волны 830 нм или на фотоэлектроколориметре при длине волны (630±20) нм (красный светофильтр) в кювете оптимального размера относительно раствора сравнения.

По найденному значению оптической плотности исследуемого раствора с учетом поправки контрольного опыта находят массу кремния по градуировочному графику.

2.3.4. Построение градуировочных графиков

В семь мерных колб вместимостью 200 см помещают навески карбонильного железа в соответствии с табл.1а, приливают 50 см серной кислоты (1:20), растворяют при слабом кипячении. Затем приливают 10 см азотной кислоты (1:3,5) и кипятят 5 мин. Растворы охлаждают.

В шесть мерных колб последовательно приливают стандартный раствор кремнекислого натрия 0,5; 1,0; 2,0; 3,0; 4,0; 5,0 см (при массовой доле кремния 0,05-0,5%) и 2,5; 5,0; 10,0; 15,0; 20,0; 25,0 см (при массовой доле кремния 0,5-5,0%), что соответствует 0,000005; 0,00001; 0,00002; 0,00003; 0,00004; 0,00005 г и 0,0000125; 0,000025; 0,00005; 0,000075; 0,0001; 0,000125 г кремния в 100 см фотометрируемого раствора.

Седьмая колба служит для проведения контрольного опыта.

Растворы в мерных колбах вместимостью 200 см доливают водой до метки и перемешивают.

Из каждой колбы отбирают аликвотную часть раствора в мерную колбу вместимостью 100 см в соответствии с табл.1а и далее определение проводят по п.2.3.3.

По найденным значениям оптической плотности анализируемых растворов с учетом поправки контрольного опыта и соответствующим им значениям массы кремния строят градуировочный графи

к.

2.3.3; 2.3.4. (Измененная редакция, Изм. N 2).

2.4. Обработка результатов

2.4.1. Массовую долю кремния () в процентах вычисляют по формуле

,

где - масса кремния, найденная по градуировочному графику, г;

- масса навески чугуна, соответствующая аликвотной части раствора, г.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

2.4.2. Нормы точности и нормативы контроля точности определения массовой доли кремния приведены в табл.1.

(Измененная редакция, Изм. N 2).
 

3. ГРАВИМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ КРЕМНИЯ

3.1.Сущность метода

Метод основан на выделении кремния в процессе конденсационной полимеризации в виде кремниевой кислоты, ее дальнейшей дегидратации высушиванием и прокаливанием, и взвешивании полученной безводной полимерной двуокиси кремния.

3.2. Аппаратура, реактивы и растворы

Электропечь муфельная с температурой нагрева 1000-1100 °С.

Кислота серная по ГОСТ 4204 и разбавленная 1:2.

Кислота азотная по ГОСТ 4461.

Смесь кислот для растворения: 2 дм серной кислоты осторожно вливают тонкой струей при непрерывном перемешивании в 5,5 дм воды. После охлаждения раствора прибавляют 1,5 дм азотной кислоты и перемешивают.

Кислота соляная по ГОСТ 3118 и разбавленная 1:1 и 1:20.

Аммоний роданистый по ГОСТ 19522, раствор с массовой концентрацией 0,05 г/см.

Кислота фтористоводородная по ГОСТ 10484.

(Измененная редакция, Изм. N 1, 2).

3.3. Проведение анализа

Навеску чугуна массой 2,0 г (при массовой доле кремния от 0,10 до 1,0%), 1,0 г (при массовой доле кремния свыше 1,0 до 6,0%) или 0,5 г (при массовой доле кремния свыше 6,0 до 20,0%) помещают в стакан вместимостью 300-400 см, осторожно приливают 30-75 см смеси кислот и накрывают часовым стеклом.

После прекращения бурной реакции стакан ставят на горячую плиту и после растворения снимают часовое стекло, ополаскивают его водой и выпаривают раствор до появления паров серной кислоты, которым дают выделяться в течение 2-3 мин.

Снимают стакан с плиты, дают охладиться и осторожно по стенкам приливают 15 см соляной кислоты (1:1), слегка перемешивая содержимое стакана. Через 1-2 мин приливают 120 см горячей воды, накрывают стакан часовым стеклом и нагревают до 60-70 °С, время от времени перемешивая стеклянной палочкой до растворения солей.

Осадок отфильтровывают на беззольный фильтр "белая лента" с добавлением небольшого количества беззольной фильтробумажной массы и промывают горячей соляной кислотой (1:20) до отрицательной реакции промывных вод на железо (по реакции с роданистым аммонием) и затем пять-шесть раз горячей водой.

Фильтрат вместе с промывными водами вновь выпаривают в том же стакане, в котором проводилось первое выпаривание, до выделения паров серной кислоты в течение 2-3 мин. После охлаждения приливают 15 см соляной кислоты (1:1), 120 см горячей воды и после нагревания до растворения солей отфильтровывают дополнительно выделившийся осадок кремниевой кислоты, промывая его так же, как было указано выше.

Объединенные осадки прокаливают при температуре 1000-1100 °С до постоянной массы.

Тигель с осадком охлаждают в эксикаторе и взвешивают. Затем осадок осторожно смачивают 3-5 каплями воды, приливая ее по стенкам тигля, прибавляют 5-7 капель серной кислоты и 3-5 см фтористоводородной кислоты.

Содержимое тигля осторожно выпаривают до прекращения выделения паров серной кислоты. Тигель прокаливают в муфельной печи при 1000-1100 °С до постоянной массы, охлаждают в эксикаторе и взвешивают.

Для внесения поправки на содержание кремния в реактивах с каждой партией труб в тех же условиях проводят не менее двух контрольных опытов.

(Измененная редакция, Изм. N 2)

3.4. Обработка результатов

3.4.1. Массовую долю кремния () в процентах вычисляют по формуле

,

где - масса тигля с осадком двуокиси кремния, г;

- масса тигля с остатком после обработки фтористоводородной кислотой, г;

- масса тигля с осадком, полученным в контрольном опыте, г;

- масса тигля с остатком, полученным в контрольном опыте, после обработки фтористоводородной кислотой, г;

0,4675 - коэффициент пересчета двуокиси кремния на кремний;

- масса навески, г.

3.4.2. Нормы точности и нормативы контроля точности определения массовой доли кремния приведены в табл.1.

 

Таблица 1

3.4.1, 3.4.2. (Измененная редакция, Изм. N 2).