ĐẶT VẤN ĐỀ1
PHẦN THỨ NHẤT: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT2
I. Sắt
I.1. Tính chất vật lý2
I.2. Tính chất hóa học2
I.3. Phương pháp điều chế2
I.4. Trạng thái thiên nhiên3
I.5. Ứng dụng4
II. Thép
II.1. Thành phần, cấu tạo và đặc tính của thép5
II.2. Các phương pháp chế tạo thép10
II.3. Các loại thép thường dùng13
II.3.1. Các phương pháp phân loại thép13
II.3.2. Ký hiệu và công dụng của nhóm thép cán15
nóng thông dụng (nhóm thép dùng trong xây dựng)
III. Các phương pháp phân tích định lượng sắt trong thép
III.1. Phân tích khối lượng17
III.2.Phân tích thể tích17
III.3. Các phương pháp phân tích hóa lý18
PHẦN THỨ HAI: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
19
I. Phương pháp phân tích khối lượng định lượng sắt
I.1. Nguyên tắc của phân tích khối lượng19
I.2. Phân loại các phương pháp phân tích khối lượng19
I.3. Phương pháp kết tủa xác định sắt trong thép xây dựng19
I.3.1. Sơ đồ của sự xác định19
I.3.2. Nghiên cứu xây dựng quy trình19
I.3.3. Chuẩn bị mẫu20
I.3.4. Phương pháp tính toán20
II. Phương pháp chuẩn độ thể tích
II.1. Nguyên tắc của phân tích thể tích22
II.2. Các phương pháp phân tích thể tích22
II.3. Phương pháp chuẩn độ oxi hóa - khử xác định sắt22
trong thép xây dựng
III. Phương pháp quang phổ phát xạ nguyên tử (EAS)
III.1. Nguyên tắc23
III.2. Quy trình phân tích23
PHẦN THỨ BA: THỰC NGHIỆM24
I. Máy móc, dụng cụ, hóa chất24
II. Nghiên cứu xây dựng quy trình phân tích bằng phương pháp
khối lượng
II.1. Khảo sát quy trình tạo kết tủa và nung kết tủa25
II.1.1. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến quá trình tạo
kết tủa25
II.1.2. Khảo sát các nguyên tố ảnh hưởng đến kết tủa26
II.1.3. Khảo sát thời gian nung kết tủa27
II.1.4. Khảo sát nhiệt độ nung kết tủa28
II.2. Khảo sát quy trình phá mẫu29
II.2.1. Khảo sát loại acid phá mẫu thích hợp29
II.2.2. Khảo sát tỷ lệ mẫu : acid30
II.2.3. Khảo sát nhiệt độ phá mẫu30
II.2.4. Khảo sát thời gian phá mẫu31
III. Xác định hàm lượng sắt trong các loại thép xây dựng bằng
phương pháp khối lượng
III.1. Quy trình phân tích32
III.2. Xác định sai số của phương pháp34
III.3. Tiến hành phân tích trên các mẫu cụ thể34
III.3.1. Chuẩn bị mẫu34
III.3.2. Phân tích mẫu34
IV. Phân tích sắt bằng phương pháp chuẩn độ oxi hóa - khử37
V. Phân tích sắt bằng phương pháp quang phổ phát xạ39
VI. Kết quả phân tích sắt trong thép xây dựng bằng các
phương pháp40
KẾT LUẬN41
46 trang |
Chia sẻ: lvcdongnoi | Lượt xem: 2830 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Xác định hàm lượng sắt trong thép xây dựng, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
BOÄ GIAÙO DUÏC VAØ ÑAØO TAÏO
TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC ÑAØ LAÏT
☼
BAÙO CAÙO
ÑEÀ TAØI NGHIEÂN CÖÙU KHOA HOÏC CAÁP TRÖÔØNG
( 2006 )
Teân ñeà taøi:
XAÙC ÑÒNH HAØM LÖÔÏNG SAÉT (Fe)
TRONG THEÙP XAÂY DÖÏNG
HOÀ THÒ BÍCH NGOÏC ( Khoa Hoùa hoïc) Chuû nhieäm ñeà taøi:
Coäng taùc vieân: Nguyeãn Haûi Haø
Leâ Thò Haûi- Nguyeãn Thò Nhö Mai
Ñaëng Thò Vónh Hoøa- Phaïm Nöõ Ngoïc Haân
MUÏÏC LUÏÏC
Trang
ÑAËT VAÁN ÑEÀ 1
PHAÀN THÖÙ NHAÁT: TOÅNG QUAN LYÙ THUYEÁT 2
I. Saét
I.1. Tính chaát vaät lyù 2
I.2. Tính chaát hoùa hoïc 2
I.3. Phöông phaùp ñieàu cheá 2
I.4. Traïng thaùi thieân nhieân 3
I.5. ÖÙng duïng 4
II. Theùp
II.1. Thaønh phaàn, caáu taïo vaø ñaëc tính cuûa theùp 5
II.2. Caùc phöông phaùp cheá taïo theùp 10
II.3. Caùc loaïi theùp thöôøng duøng 13
II.3.1. Caùc phöông phaùp phaân loaïi theùp 13
II.3.2. Kyù hieäu vaø coâng duïng cuûa nhoùm theùp caùn 15
noùng thoâng duïng (nhoùm theùp duøng trong xaây döïng)
III. Caùc phöông phaùp phaân tích ñònh löôïng saét trong theùp
III.1. Phaân tích khoái löôïng 17
III.2.Phaân tích theå tích 17
III.3. Caùc phöông phaùp phaân tích hoùa lyù 18
PHAÀN THÖÙ HAI: PHÖÔNG PHAÙP NGHIEÂN CÖÙU
19
I. Phöông phaùp phaân tích khoái löôïng ñònh löôïng saét
I.1. Nguyeân taéc cuûa phaân tích khoái löôïng 19
I.2. Phaân loaïi caùc phöông phaùp phaân tích khoái löôïng 19
I.3. Phöông phaùp keát tuûa xaùc ñònh saét trong theùp xaây döïng 19
I.3.1. Sô ñoà cuûa söï xaùc ñònh 19
I.3.2. Nghieân cöùu xaây döïng quy trình 19
I.3.3. Chuaån bò maãu 20
I.3.4. Phöông phaùp tính toaùn 20
II. Phöông phaùp chuaån ñoä theå tích
II.1. Nguyeân taéc cuûa phaân tích theå tích 22
II.2. Caùc phöông phaùp phaân tích theå tích 22
II.3. Phöông phaùp chuaån ñoä oxi hoùa – khöû xaùc ñònh saét 22
trong theùp xaây döïng
III. Phöông phaùp quang phoå phaùt xaï nguyeân töû (EAS)
III.1. Nguyeân taéc 23
III.2. Quy trình phaân tích 23
PHAÀN THÖÙ BA: THÖÏC NGHIEÄM 24
I. Maùy moùc, duïng cuï, hoùa chaát 24
II. Nghieân cöùu xaây döïng quy trình phaân tích baèng phöông phaùp
khoái löôïng
II.1. Khaûo saùt quy trình taïo keát tuûa vaø nung keát tuûa 25
II.1.1. Khaûo saùt aûnh höôûng cuûa pH ñeán quaù trình taïo
keát tuûa 25
II.1.2. Khaûo saùt caùc nguyeân toá aûnh höôûng ñeán keát tuûa 26
II.1.3. Khaûo saùt thôøi gian nung keát tuûa 27
II.1.4. Khaûo saùt nhieät ñoä nung keát tuûa 28
II.2. Khaûo saùt quy trình phaù maãu 29
II.2.1. Khaûo saùt loaïi acid phaù maãu thích hôïp 29
II.2.2. Khaûo saùt tyû leä maãu : acid 30
II.2.3. Khaûo saùt nhieät ñoä phaù maãu 30
II.2.4. Khaûo saùt thôøi gian phaù maãu 31
III. Xaùc ñònh haøm löôïng saét trong caùc loaïi theùp xaây döïng baèng
phöông phaùp khoái löôïng
III.1. Quy trình phaân tích 32
III.2. Xaùc ñònh sai soá cuûa phöông phaùp 34
III.3. Tieán haønh phaân tích treân caùc maãu cuï theå 34
III.3.1. Chuaån bò maãu 34
III.3.2. Phaân tích maãu 34
IV. Phaân tích saét baèng phöông phaùp chuaån ñoä oxi hoùa – khöû 37
V. Phaân tích saét baèng phöông phaùp quang phoå phaùt xaï 39
VI. Keát quaû phaân tích saét trong theùp xaây döïng baèng caùc
phöông phaùp 40
KEÁT LUAÄN 41
TAØØ L EÄÄU THAM KHAÛÛO
1.Hoùa hoïc voâ cô- Hoaøng Nhaâm-Nhaø xuaát baûn Giaùo Duïc, 2003
2.Hoùa hoïc voâ cô, caùc kim loaïi ñieån hình - PGS. Nguyeãn Ñöùc Vaän
Nhaø xuaát baûn Khoa hoïc vaø Kyõ thuaät, 2004
3.Hoùa ñaïi cöông-Nguyeãn Ñình Soa- Ñaïi hoïc Baùch Khoa TPHCM,2005
4.Cô sôû hoùa hoïc phaân tích- A.P.Kreskov
Nhaø xuaát baûn Ñaïi hoïc vaø Giaùo Duïc chuyeân nghieäp, Haø Noäi –
Nhaø xuaát baûn Mir, Maxcôva
5.Hoùa hoïc phaân tích, cô sôû lyù thuyeát caùc phöông phaùp Hoùa hoïc phaân tích-
Töø Voïng Nghi-Nhaø xuaát baûn Ñaïi hoïc Quoác Gia Haø Noäi, 2001
6.Caùc phöông phaùp Hoùa phaân tích- G. Sacloâ
Nhaø xuaát baûn Ñaïi hoïc vaø Giaùo Duïc chuyeân nghieäp, 1978
7.Phaân tích Lí – Hoùa- Hoà Vieát Quyù-Nhaø xuaát baûn Giaùo Duïc, 2000
8.Phaân tích Hoùa – Lí- Töø Vaên Maëc-Nxb. Khoa hoïc vaø Kyõ thuaät, 1995
9.Caùc phöông phaùp phaân tích Vaät lí vaø Hoùa lí- Nguyeãn Ñình Trieäu
Nhaø xuaát baûn Khoa hoïc vaø Kyõ thuaät, 2001
10.Xöû lyù thoáng keâ trong thöïc nghieäm hoùa hoïc-Cuø Thaønh Long-
Tröôøng Ñaïi hoïc Toång hôïp TPHCM,1994
11.Tieâu chuaån Vieät Nam, Theùp keát caáu vaø theùp duøng trong xaây döïng
Nhaø xuaát baûn Xaây Döïng, 2001
12.Tính toaùn baèng ñoà thò trong coâng ngheä chaát voâ cô-Nxb. KHKT , 1977
13.Kim loaïi hoïc-VLKL - Leâ ngoïc Quyù-Ñaïi hoïc Baùch Khoa TPHCM,2005
14.Vaät lieäu hoïc-Leâ Coâng Döôõng-Nxb. Khoa hoïc vaø Kyõ thuaät, 1997
15.Handbook of Analytical Chemistry- Ju.Lurie-Mir Publishers Moscow
16. Principles of Quantitative Chemical Analysis- Robert de Levie
17. Modern Inorganic Chemistry - William.L.Jolly
Second Edition – McGraw – Hill, Inc. New York, 1991
18. Comparative Inorganic Chemistry - Bernard M
Edward Arnord, New York 1991
19.General Chemistry-N.L.Glinka-Mir Publlisher Moscow,1981
20.Standard Methods of Chemical Analysis-N.Howell Furman-Toronto
ÑAËT VAÁN ÑEÀ
Theùp laø hôïp kim treân cô sôû saét vaø cacbon, laø saûn phaåm cuûa ngaønh
luyeän kim noùi chung, ngaønh luyeän kim ñen noùi rieâng. Theùp coù maët ôû
khaép moïi nôi : töø duïng cuï gia ñình cho tôùi caùc taùc phaåm ngheä thuaät,
trong coâng nghieäp cô khí (maùy moùc, coâng cuï vaø duïng cuï), trong ngaønh
xaây döïng (nhaø cöûa, caàu coáng...), trong giao thoâng vaän taûi (ñöôøng saét,
taøu bieån, oâtoâ, maùy bay...), trong ngaønh naêng löôïng (khai thaùc than, daàu
moû, nhieät ñieän vaø thuûy ñieän), trong quoác phoøng (vuõ khí, xe coä...), chuùng
hieän chieám khoaûng 90% toång khoái löôïng vaät lieäu kim loaïi duøng trong
coâng nghieäp cuûa theá giôùi.
Ngaøy nay, nhieàu loaïi vaät lieäu môùi ñaõ ra ñôøi, nhöng vò trí then choát
cuûa theùp vaãn chöa bò thay ñoåi; vieäc saûn xuaát theùp, gang vôùi khoái löôïng
lôùn khaù oån ñònh, vaø ñaõ coù theå cheá taïo ra caùc loaïi theùp vôùi nhöõng tính
chaát raát khaùc nhau nhôø hôïp kim hoùa, nhôø kyõ thuaät nhieät luyeän. Do vaäy,
chuùng coù theå thoûa maõn ñöôïc nhöõng ñoøi hoûi raát ña daïng trong thöïc teá.
Tính chaát cuûa theùp phuï thuoäc chuû yeáu vaøo thaønh phaàn hoùa hoïc cuûa
noù cuõng nhö vaøo kyõ thuaät cheá taïo (nhieät luyeän theùp). Ñeå ñaùnh giaù chaát
löôïng theùp ngöôøi ta döïa vaøo phöông phaùp phaân tích thaønh phaàn keát hôïp
vôùi caùc phöông phaùp kieåm tra tính chaát cô lyù.
Vieäc phaân tích thaønh phaàn cuûa theùp thöôøng ñöôïc tieán haønh baèng caùc
phöông phaùp hoùa lyù (phaân tích quang phoå, phaân tích ñieän hoùa...). Vôùi
hy voïng xaây döïng moät quy trình phaân tích theùp ñôn giaûn, nhanh choùng,
töông ñoái chính xaùc baèng phöông phaùp hoùa hoïc, trong ñeà taøi naøy, böôùc
ñaàu chuùng toâi :
- Tieán haønh khaûo saùt, phaân tích saét trong theùp xaây döïng - moät loaïi vaät
lieäu quan troïng, coù vai troø quyeát ñònh ñeán chaát löôïng cuûa caùc coâng
trình xaây döïng - baèng phöông phaùp khoái löôïng.
- Kieåm tra, so saùnh keát quaû nghieân cöùu baèng caùc phöông phaùp chuaån
ñoä oxi hoùa – khöû; phaân tích quang phoå phaùt xaï.
1
PHAÀN I : TOÅNG QUAN LYÙ THUYEÁT
I. Saét [1,2,17,18]
Kí hieäu hoùa hoïc : Fe (Z=26) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6 4s2
Saét thuoäc phaân nhoùm VIIIB, chu kyø IV baûng phaân loaïi tuaàn hoaøn. B
I.1. Tính chaát vaät lyù
Saét laø kim loaïi maøu traéng xaùm, coù aùnh kim, deã reøn vaø daùt moûng.
Trong thieân nhieân saét coù 4 ñoàng vò beàn 54Fe, 56Fe , 57Fe vaø 58 Fe.
tonoùng chaûy= 1536oC, tosoâi= 2880oC, tæ khoái d= 7.91g/cm3.
Saét coù 4 daïng thuø hình beàn ôû nhöõng khoaûng nhieät ñoä xaùc ñònh.
1536 ± 5 0C1390 ± 5 0C911 ± 5
0C
768 ± 5
Feα Feβ Feγ Feδ Fe loûng
Nhöõng daïng α, β vaø γ coù kieán truùc tinh theå kieåu laäp phöông taâm khoái
(Hình 1a), Feγ coù kieán truùc tinh theå laäp phöông taâm dieän (Hình 1b).
Saét taïo neân raát nhieàu hôïp kim quan troïng, ñaëc bieät laø hôïp kim Fe – C.
Tuøy thuoäc vaøo löôïng C trong saét ngöôøi ta chia ra : Saét meàm (< 0,2 %C),
theùp (0,2 ÷ 2,14%C) vaø gang (2,14 ÷ 5 %C).
I.2. Tính chaát hoùa hoïc
Saét laø kim loaïi coù hoaït tính hoùa hoïc trung bình.
ÔÛ ñieàu kieän thöôøng neáu khoâng coù hôi aåm, saét khoâng taùc duïng roõ reät
ngay vôùi nhöõng nguyeân toá khoâng kim loaïi ñieån hình nhö O2, S, Cl2, Br2
vì coù maøng oxit baûo veä. Nhöng khi ñun noùng, phaûn öùng xaûy ra maõnh
lieät, nhaát laø khi kim loaïi ôû traïng thaùi chia nhoû.
(a) (b)
Hình 1 : Kieán truùc tinh theå cuûa Feα, Feβ vaø Feδ (a)
Kieán truùc tinh theå cuûa Feγ (b).
2
t0
ÔÛ daïng boät mòn, khi ñun noùng saét taùc duïng tröïc tieáp vôùi khí CO taïo
thaønh cacbonyl kim loaïi.
Fe + 5CO Fe(CO)5
Saét beàn vôùi kieàm ôû caùc traïng thaùi dung dòch vaø noùng chaûy.
Saét tan trong dung dòch HCl, H2SO4 loaõng :
Fe + HCl FeCl2 + H2↑
Coøn trong dung dòch H2SO4 ñaëc, saét bò oxi hoùa ñeán Fe (III) :
2Fe + H2SO4 (ñ) Fe2(SO4)3 + 3SO2↑ + 6H2O
Vôùi HNO3 loaõng vaø noàng ñoä vöøa phaûi thì saét bò hoøa tan :
Fe + 4HNO3 Fe(NO3)3 + NO↑ + 2H2O
Khi noàng ñoä HNO3 lôùn, söï hoøa tan bò chaäm laïi vaø saét trôû neân trô.
Ñoái vôùi khoâng khí vaø nöôùc, saét tinh khieát beàn. Ngöôïc laïi saét coù
chöùa taïp chaát bò aên moøn daàn döôùi taùc duïng ñoàng thôøi cuûa hôi aåm, khí
CO2 vaø khí O2 ôû trong khoâng khí taïo neân gæ saét.
Fe + 3/2O2 + nH2O Fe2O3.nH2O
Gæ saét taïo neân ôû treân beà maët laø moät lôùp xoáp vaø gioøn khoâng baûo veä
ñöôïc saét vaø quaù trình aên moøn saét tieáp tuïc dieãn ra. Haøng naêm, löôïng saét,
theùp maát ñi vì bò gæ laø vaøo khoaûng ¼ löôïng saét theùp ñöôïc saûn xuaát treân
toaøn theá giôùi.
I.3. Phöông phaùp ñieàu cheá
Caùch ñaây hôn 4000 naêm loaøi ngöôøi ñaõ bieát luyeän saét töø quaëng.
Khoaûng 3000 naêm tröôùc, thôøi ñaïi ñoà saét ñaõ thay theá thôøi ñaïi ñoà ñoàng,
thieác vaø tieáp tuïc phaùt trieån cho ñeán ngaøy nay. Hieän nay saét vaø hôïp kim
cuûa saét chieám 95% toång löôïng kim loaïi ñöôïc saûn xuaát haøng naêm treân
theá giôùi.
Maáy theá kyû nay, saét ñöôïc saûn xuaát vôùi quy moâ coâng nghieäp baèng loø
cao. Nguyeân lieäu ñeå luyeän gang laø quaëng saét, than coác, chaát chaûy vaø
khoâng khí.
Caùc phaûn öùng xaûy ra :
C + O2 CO2
CO2 + Cnoùng ñoû 2CO
Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2↑
Saét luyeän ñöôïc thöôøng laãn caùc taïp chaát nhö C, S...
Saét tinh khieát ñöôïc ñieàu cheá baèng caùc phöông phaùp :
• Duøng H2 tinh khieát ñeå khöû oxit saét tinh khieát
3
t0
Fe2O3 + H2 2Fe + 3H2O
t0
• Nhieät phaân saét pentacacbonyl.
Fe(CO)5 Fe + 5CO↑
• Saét raát tinh khieát coù theå ñieàu cheá baèng phöông phaùp ñieän phaân
dung dòch muoái Fe (II), vôùi döông cöïc laø taám Fe – Cr, coøn aâm cöïc
laø saét tinh khieát. Quaù trình ñieän phaân phuï thuoäc vaøo caùc yeáu toá nhö
pH cuûa dung dòch, noàng ñoä cuûa chaát ñieän phaân, maät ñoä doøng cuûa
anod vaø catod.
I.4. Traïng thaùi thieân nhieân
Saét laø moät trong nhöõng nguyeân toá phoå bieán nhaát. Tröõ löôïng cuûa saét
trong voû quaû ñaát laø 1,5% toång soá nguyeân töû (töông öùng). Saét laø kim loaïi
ñaõ ñöôïc bieát ñeán töø thôøi coå xöa, coù leõ noù coù nguoàn goác vuõ truï. Trung
bình trong 20 thieân thaïch töø khoâng gian vuõ truï rôi xuoáng traùi ñaát, coù 1
thieân thaïch saét. Thieân thaïch saét chöùa ñeán 90% Fe ; 8,5% Ni vaø 0,5%
Co. Thieân thaïch saét lôùn nhaát ñaõ bieát ñöôïc coù khoái löôïng 60 taán.
Nhöõng khoaùng vaät cuûa saét laø magnhetite (Fe3O4) chöùa ñeán 72% Fe,
hematite (Fe2O3) chöùa 60% Fe, pyrite (FeS2) vaø siderite (FeCO3) chöùa
35% Fe. Ngoaøi nhöõng moû lôùn taäp trung khoaùng vaät cuûa saét, saét coøn
phaân taùn trong khoaùng vaät cuûa nhöõng nguyeân toá phoå bieán nhaát nhö Al,
Ti, Mn...
Saét coù vai troø sinh hoïc raát lôùn, hoàng caàu cuûa maùu ñoäng vaät chöùa
phöùc chaát cuûa saét. Ngoaøi ra saét laø nguyeân toá vi löôïng trong thöïc vaät.
I.5. ÖÙng duïng
Saét laø kim loaïi quan troïng nhaát ñoái vôùi caùc ngaønh kyõ thuaät vaø coâng
nghieäp hieän ñaïi. Saét ñöôïc duøng chuû yeáu ñeå taïo ra caùc hôïp kim, ñaëc bieät
laø caùc loaïi theùp.
Nhieàu hôïp chaát cuûa saét coù yù nghóa quan troïng trong thöïc teá nhö
FeCl3 duøng laøm chaát ñoâng tuï khi laøm saïch nöôùc, laøm chaát caàm maùu,
laøm chaát xuùc taùc trong hoùa hoïc höõu cô. Caùc muoái ferit cuûa kim loaïi hoùa
trò hai duøng trong kyõ thuaät maùy tính.
Caùc oxit cuûa saét khoâng nhöõng laø nguoàn ñieàu cheá nhieàu hôïp chaát cuûa
saét maø coøn laø nguoàn nguyeân lieäu quan troïng cuûa ngaønh luyeän kim ñen.
4
II. Theùp [1,2,13,14,]
II.1. Thaønh phaàn caáu taïo vaø ñaëc tính cuûa theùp
Tröôùc theá kyû XIX ngöôøi ta ñaõ bieát chuû yeáu hôïp kim saét – cacbon coù
teân goïi laø theùp vaø gang. Sau naøy ngöôøi ta ñaõ taïo ra hôïp kim treân cô sôû
saét chöùa croâm, niken vaø caùc nguyeân toá khaùc. Hieän nay ngöôøi ta chia
caùc hôïp kim cuûa saét thaønh : theùp cacbon, gang, theùp hôïp kim vaø theùp coù
tính chaát ñaëc bieät.
Theùp cacbon vaø gang laø nhöõng hôïp kim treân cô sôû saét vaø cacbon.
Theùp khaùc gang chuû yeáu laø ôû thaønh phaàn hoùa hoïc, so vôùi gang, theùp
chöùa ít cacbon hôn vaø ít caùc taïp chaát coù haïi nhö phoâtpho, löu huyønh.
Thaønh phaàn cacbon trong theùp nhoû hôn 2,14% veà khoái löôïng coøn gang
chöùa tôùi 6,67%.
Ñoä tan cuûa cacbon trong saét phuï thuoäc vaøo bieán daïng tinh theå cuûa
saét vaø nhieät ñoä. Cacbon tan trong Feα raát ít vaø ñöôïc goïi laø ferrite,
nhöng tan nhieàu hôn trong Feγ. Dung dòch raén cuûa cacbon trong Feγ
ñöôïc goïi laø austenite. Ñaây laø pha xaâm nhaäp (dung dòch raén xaâm nhaäp).
Trong maïng löôùi tinh theå austenite, nhöõng nguyeân töû cacbon chieám
trung ñieåm cuûa caùc caïnh vaø taâm cuûa laäp phöông (Hình 3). Austenite
beàn veà phöông dieän nhieät ñoäng trong giôùi haïn roäng hôn nhieàu so vôùi
Feγ tinh khieát.
600
700
800
900
1000
1100
1200
1300
1400
1500
1600
1 2 3 4 5 6
7 8
9 10 11 12 13
A
B
C
D
E
F
G
P S K
H
0
1
2
3
4
5
6
1394
912
1539
1147
727
C, % (k.l.)
Ferit
Austenit
(Mactexit)
Hôïp kim loûng
N
hi
eät
ñ
oä,
0 C
N
hi
eät
ñ
oä,
0 C
Fe Fe3C
Ferit
0,8 2,14 4,3
N
J
Hình 2 : Giaûn ñoà traïng thaùi heä saét – cacbon
5
Hình 3 : Kieán truùc tinh theå cuûa austenite
Theùp laø hôïp kim goàm 2 pha : ferrite (cacbon, mangan, silic... tan
trong Feα) vaø cementite (Fe3C). Theùp cöùng, beàn, deã gia coâng cô hoïc.
Tính chaát cuûa theùp phuï thuoäc nhieàu vaøo thaønh phaàn vaø ñaëc bieät vaøo
vieäc xöû lyù nhieät (nhieät luyeän theùp) trong quaù trình cheá taïo.
II.1.1 Nhieät luyeän theùp [12,14]
Nhieät luyeän theùp laø coâng vieäc quan troïng nhaát trong kyõ thuaät theùp,
noù coù theå laøm bieán ñoåi raát maïnh ñeán tính chaát cuûa theùp. Ngöôøi ta duøng
caùc kieåu nhieät luyeän khaùc nhau ñeå truyeàn cho theùp caùc tính chaát khaùc
nhau, trong ñoù quan troïng nhaát laø toâi, ram vaø xöû lyù hoùa nhieät.
- Toâi ñöôïc thöïc hieän baèng caùch ñun theùp ñeán nhieät ñoä cao hôn so vôùi
nhòeât ñoä 7270C (nhieät ñoä chuyeån hoùa pearlite thaønh austenite), duy trì ôû
nhieät ñoä naøy vaø laøm laïnh nhanh. Theùp ñaõ toâi coù tính cöùng, beàn nhöng
gioøn. Do ñoù theùp toâi caàn phaûi ñöôïc ram.
- Ram laø coâng vieäc nhieät luyeän cuoái cuøng. Ram ñöôïc thöïc hieän baèng
caùch ñun noùng theùp ñeán nhieät ñoä thaáp hôn moät chuùt so vôùi nhieät ñoä
7200C, giöõ ôû nhieät ñoä naøy vaø laøm laïnh töông ñoái chaäm.
Caùc quaù trình xaûy ra trong theùp khi toâi vaø ram.
6
A + F
F + P
A + X
X + P
0 0,4 0,8
727
2,0
4
A
S
E
G
1,2 1,6
600
700
800
900
1000
1100
1
2
3
1147
C, % (k.l.)
N
hi
eät
ñ
oä,
0
C
Hình 4 : Moät phaàn giaûn ñoà cuûa heä saét – cacbon
Töø giaûn ñoà nhaän thaáy :
• Khi ñun theùp coù thaønh phaàn 0,8% cacbon (hoãn hôïp eutecti cuûa
ferrite vaø cementite coøn goïi laø pearlite) ôû 7270C pearlite chuyeån thaønh
austenite.
• Khi ñun theùp coù thaønh phaàn cacbon nhoû hôn 0,8% (caáu truùc cuûa theùp
goàm ferrite vaø pearlite); Ví duï: 0,4%, ôû 7270C pearlite chuyeån thaønh
austenite chuùa 0,8%C. Treân 7270C thì ferrite tan daàn trong austenite,
khi ñaït tôùi ñieåm 2 thì ferrite bieán maát, haøm löôïng cacbon trong
austenite ñaït 0,4%.
• Khi ñun theùp coù thaønh phaàn cacbon lôùn hôn 0,8% (caáu truùc cuûa theùp
goàm pearlite vaø cementite); ví duï 1,4%, ôû 7270C thì pearlite chuyeån
thaønh austenite chöùa 0,8%C. Treân 727 0C thì cementite tan trong
austenite, khi ñaït tôùi ñiểm 4 thì cementite bieán maát, haøm löôïng cacbon
trong austenite baèng 1,4%.
Nhö vaäy, giai ñoaïn ñaàu cuûa söï toâi laø söï ñun noùng keøm theo söï
chuyeån hoùa theùp thaønh austenite (söï khueách taùn cuûa caùc nguyeân töû xaûy
ra trong vaät raén raát chaäm ngay khi ôû nhieät ñoä cao, vì vaäy ñeå chuyeån hoùa
hoaøn toaøn, theùp ñöôïc giöõ moät thôøi gian ôû nhieät ñoä cao hôn moät ít so vôùi
caùc ñieåm töông öùng treân ñöôøng SG vaø SE).
Quaù trình xaûy ra khi laøm laïnh chaäm austenite ngöôïc vôùi quaù trình
ñoát noùng. Nhöng khi laøm laïnh nhanh, söï khueách taùn caùc nguyeân töû
cacbon vaø saét khoâng kòp xaûy ra, tuy nhieân maïng tinh theå cuûa saét ñöôïc
xaây döïng laïi ôû toác ñoä baát kyø neân Feγ chuyeån thaønh Feα. Keát quaû thu
ñöôïc pha khoâng beàn veà maët nhieät ñoäng hoïc ñoù laø dung dòch raén quaù
7
baõo hoøa cuûa cacbon trong Feα - ñöôïc goïi laø martencite (pha naøy khoâng
beàn veà maët nhieät ñoäng hoïc vaø khoâng ñöôïc phaûn aùnh treân giaûn ñoà traïng
thaùi). Söï chuyeån hoùa martencite khoâng keøm theo söï phaân boá khueách
taùn laïi cacbon, nghóa laø trong söï chuyeån hoùa naøy söï dòch chuyeån caùc
nguyeân töû cacbon vaø saét khoâng vöôït quaù khoaûng caùch giöõa caùc nguyeân
töû, chæ xaûy ra söï xaây döïng laïi maïng laäp phöông taâm maët cuûa Feγ thaønh
maïng laäp phöông taâm khoái cuûa Feα.
Hình 5 : Kieán truùc tinh theå cuûa martencite.
Martencite coù ñoä raén cao vaø taêng khi haøm löôïng cacbon taêng. Ñoä
raén cuûa martencite laø do tính khoâng ñoàng nhaát raát tinh teá cuûa caáu taïo
laøm caûn trôû söï leäch maïng. Nhöng martencite gioøn vì söùc caêng noäi taïi
lôùn xuaát hieän khi taïo thaønh noù.
Khi ram, martencite (vaø austenite dö) bò phaân huûy moät phaàn. Möùc
ñoä chuyeån hoùa cuûa martencite vaø caáu truùc cuûa saûn phaåm taïo thaønh phuï
thuoäc vaøo nhieät ñoä khi ram :
• ÔÛ nhieät ñoä thaáp (150 – 2500C) : cacbon chæ thoaùt ra 1 phaàn khoûi
martencite, taïo thaønh nhöõng baûn moûng cementite. Söï ram ôû nhieät ñoä
thaáp laøm giaûm söùc caêng noäi taïi trong theùp, laøm taêng ñoä beàn cuûa noù, coøn
ñoä raén vaø ñoä chòu moøn ñöôïc baûo toaøn (theùp saûn xuaát caùc duïng cuï caét
goït vaø ño).
• ÔÛ nhieät ñoä trung bình (350 – 5000C) : söï khueách taùn cuûa caùc nguyeân
töû cacbon vaø saét dieãn ra khaù nhanh, cacbon thoaùt ra hoaøn toaøn khoûi
martencite. Theùp coù caáu truùc ferrite vaø caùc taám baûn moûng cementite,
coù tính ñaøn hoài cao (theùp saûn xuaát loø xo, nhíp...).
• ÔÛ nhieät ñoä cao (500 – 6800C) : ôû nhieät ñoä naøy xaûy ra söï phaùt trieån
caùc tinh theå cementite, nhöõng baûn moûng cuûa noù lôùn leân vaø chuyeån
8
thaønh daïng troøn. Söï ram ôû nhieät ñoä cao laøm taêng ñoä nhôùt cuûa theùp, ñoä
beàn vaø ñoä raén cuûa noù giaûm xuoáng 1 ít nhöng vaãn coøn lôùn (theùp keát caáu).
- Xöû lyù hoùa nhieät : Trong moät soá tröôøng hôïp beà maët cuûa vaät phaåm
hoaëc chi tieát phaûi coù tính chaát cô hoïc khaùc vôùi tính chaát trong toaøn boä
khoái cuûa noù. Ví duï : truïc oâtoâ phaûi coù beà maët raén, choáng maøi moøn toát vaø
khoâng gioøn, nghóa laø coù tính ñaøn hoài caàn thieát ñeå traùnh vôõ khi va ñaäp.
Trong nhöõng tröôøng hôïp naøy ngöôøi ta xöû lyù theùp baèng hoùa nhieät , töùc laø
laøm cho beà maët vaät phaåm ñöôïc baûo toaøn cacbon, nitô hoaëc moät soá
nguyeân toá khaùc – Söï baõûo hoøa naøy ñaït ñöôïc baèng söï khueách taùn nguyeân
toá töø moâi tröôøng ngoaøi ôû nhieät ñoä cao.
• Söï baõo hoøa cacbon (söï thaám cacbon) ñöôïc thöïc hieän baèng caùch ñun
noùng vaät phaåm trong khí quyeån CO, CH4 hoaëc trong khoái than hoaït
tính. Luùc ñoù lôùp theùp beà maët vôùi chieàu saâu 0,5-2mm seõ coù ñoä raén vaø
beàn cao, coøn khoái theùp beân trong vaãn deûo vaø ñaøn hoài.
• Söï baûo hoøa nitô (söï thaám nitô) ñöôïc thöïc hieän baèng caùch ñun vaät
phaåm thôøi gian daøi trong khí quyeån nitô ôû 500 – 6000C. Theùp thaám nitô
coù ñoä raén coøn lôùn hôn theùp thaám cacbon, do taïo thaønh saét nitrua ôû lôùp
beà maët.
II.1.2. AÛnh höôûng cuûa caùc nguyeân toá ñeán tính chaát cuûa theùp [13,14]
a. AÛnh höôûng cuûa cacbon
Khi thay ñoåi löôïng cacbon trong theùp, cô tính cuûa theùp thay ñoåi raát
nhieàu. Bôûi vì toå chöùc cuûa theùp cacbon laø hoãn hôïp cuûa 2 pha : ferrite vaø
cementite, trong ñoù ferrite laø pha meàm deûo, coøn cementite laø pha cöùng,
gioøn. Löôïng cacon caøng taêng thì löôïng cementite trong theùp cuõng taêng
leân, noù caûn trôû söï di tröôït cuûa ferrite vaø do ñoù, ñoä beàn vaø ñoä cöùng cuûa
theùp taêng leân nhöng ñoä deûo dai laïi giaûm ñi.
b. AÛnh höôûng cuûa mangan
Mangan ñöôïc cho vaøo theùp döôùi daïng fero – mangan ñeå khöû FeO coù
haïi theo phaûn öùng sau :
FeO + Mn MnO + Fe
(MnO noåi leân ñi vaøo xæ, ra ngoaøi). Mangan coøn loaïi tröø FeS coù haïi
ñoái vôùi theùp.
Maët khaùc mangan laïi coøn hoøa tan vaøo ferrite laøm taêng ñoä beàn vaø ñoä
cöùng cuûa pha naøy, do ñoù laøm taêng cô tính cuûa theùp. Tuy nhieân, do
löôïng mangan ít neân taùc duïng naøy khoâng lôùn laém.
9
c. AÛnh höôûng cuûa silic
Silic cuõng gioáng nhö mangan ñöôïc cho vaøo theùp döôùi daïng fero – silic
ñeå khöû oxi, taùc duïng khöû oxi cuûa silic coøn maïnh hôn mangan. Silic hoøa
tan vaøo ferit laøm taêng ñoä beàn vaø ñoä cöùng cuûa pha naøy. Nhöng löôïng
silic trong theùp cacbon ít, neân aûnh höôûng naøy cuõng khoâng lôùn laém.
d. AÛnh höôûng cuûa photpho
Photpho laø taïp chaát coù haïi, noù chöùa saün trong quaëng saét vaø chæ khöû
ñöôïc ñeán moät giôùi haïn nhaát ñònh tuøy theo phöông phaùp luyeän. Khi
photpho hoøa tan vaøo ferrite laøm cho noù giaûm ñoä deûo vaø gaây neân hieän
töôïng gioøn (ngay ôû nhieät ñoä thöôøng).
Tuy nhieân coù tröôøng hôïp photpho laïi coù lôïi khi ta duøng noù trong theùp
ñeå taêng ñoä gioøn, deã gia coâng caét goït treân caùc maùy töï ñoäng. Theùp naøy
ñöôïc goïi laø theùp töï ñoäng coù thaønh phaàn phopho tôùi 0,15%.
e. AÛnh höôûng cuûa löu huyønh
Löu huyønh laø taïp chaát coù haïi, noù laøm cho theùp gioøn noùng, do ñoù khoù
caùn, reøn hay daäp. Cho mangan vaøo theùp seõ laøm giaûm ñöôïc taùc duïng coù
haïi cuûa löu huyønh.
Löu huyønh chæ coù lôïi khi ta duøng noù ñeå laøm taêng ñoä gioøn, deã gia
coâng caét goït, noù ñöôïc ñöa vaøo theùp töï ñoäng vôùi thaønh phaàn tôùi 0,3%.
f. AÛnh höôûng cuûa caùc chaát khí (O2, N2)
Ngoaøi caùc nguyeân toá aûnh höôûng nhieàu ñeán theùp nhö C, Si, Mn, P, S
ra trong theùp coøn coù oxi, nitô laø caùc taïp chaát coù haïi vì laøm theùp gioøn
cöùng (rieâng nitô coù taùc duïng toát moät phaàn ôû choã noù laøm nhoû haït) nhöng
chæ coù trong theùp raát ít, baèng caùch phaân tích thoâng thöôøng raát khoù phaùt
hieän
II.2. Caùc phöông phaùp cheá taïo theùp
Theùp laø vaät lieäu quan troïng cuûa neàn kinh teá quoác daân vaø ñöôïc saûn
xuaát vôùi quy moâ coâng nghieäp lôùn. Phöông phaùp hieän ñaïi ñieàu cheá theùp
goàm caùc böôùc : Luyeän gang töø quaëng, luyeän theùp töø gang, sau cuøng
theùp loûng ñöôïc ñuùc, caùn eùp vaø nhieät luyeän (tuøy theo coâng duïng).
II.2.1. Luyeän gang töø quaëng
Ñöôïc tieán haønh trong loø cao khoång loà.
10
Xæ
Gang
Khoâng khí
noùng
Coác, gang loûng, xæ 13000C
10000C
4500C
Khí loø cao
5000C
6000C
7000C
8000C
15000C
Coác vaø saét raén
3Fe2O3+CO=
2Fe3O4+CO2
Quaëng
Than coác
Ñaù voâi
Fe3O4+CO=
3FeO+CO2
FeO+CO=Fe+CO2
CaCO3=CaO+CO2
CaO+SiO2=CaSiO3
Hình 6 : Sô ñoà caùc phaûn öùng hoùa hoïc xaûy ra ôû caùc phaàn khaùc nhau cuûa
loø cao.
Khi khöû quaëng thì thu ñöôïc saét ôû traïng thaùi raén, noù daàn daàn ñi xuoáng
vaøo phaàn noùng hôn cuûa loø (buïng loø) vaø hoøa tan cacbon taïo thaønh gang.
Gang noùng chaûy vaø chaûy xuoáng phaàn döôùi cuûa noài loø, coøn xæ loûng taäp
trung treân beà maët gang, baûo veä cho gang khoûi bò oxi hoùa. Gang vaø xæ
ñöôïc thaùo ra qua caùc loã ôû ñaùy loø theo möùc ñoä tích tuï cuûa chuùng (caùc loã
naøy ñöôïc bòt baèng ñaát seùt trong thôøi gian luyeän gang).
II.2.2. Luyeän theùp
Luyeän theùp laø quaù trình loaïi boû löôïng dö caùc taïp chaát C, S, P, Si, Mn
coù trong gang. Muoán vaäy ngöôøi ta oxi hoùa caùc taïp chaát ñoù thaønh oxit,
nhöõng oxit ôû traïng thaùi khí nhö CO vaø CO2 bay ra ngoaøi, coøn nhöõng
oxit ôû traïng thaùi raén bieán thaønh xæ vaø noåi leân treân lôùp theùp loûng.
a. Phöông phaùp Bessemer (Naêm 855)
11
Ngöôøi ta luyeän theùp trong loø thoåi. Gang loûng ôû loø cao ñöôïc chuyeån
thaúng vaøo loø thoåi. Khoâng khí thoåi vaøo gang loûng ñoát chaùy nhöõng taïp
chaát coù trong gang.
Si + O2 SiO2
2Mn + O2 2MnO
C + O2 CO2
vaø oxi hoùa moät phaàn saét
2Fe + O2 2FeO
Nhöõng phaûn öùng naøy phaùt nhieät nhieàu laøm cho nhieät ñoä ôû trong loø
thoåi leân ñeán 16000C vaø toaøn boä chaát ôû trong ñeàu ôû traïng thaùi loûng. Silic
dioxit ñöôïc taïo neân töø Si coù trong gang vaø silic dioxit coù trong lôùp loø taùc
duïng vôùi MnO vaø FeO taïo thaønh xæ.
FeO + SiO2 FeSiO3
MnO + SiO2 MnSiO3
Xæ loûng noåi leân treân lôùp theùp loûng ñöôïc truùt ra tröôùc theùp khi quay
nghieâng loø thoåi.
Quaù trình luyeän gang thaønh theùp xaûy ra nhanh ôû trong loø thoåi, chæ
trong 15 – 20 phuùt, neân khoâng cho pheùp ñieàu chænh thaønh phaàn cuûa
theùp. Nhöôïc ñieåm cuûa phöông phaùp Bessemer laø khoâng luyeän ñöôïc
theùp töø loaïi gang chöùa nhieàu photpho.
b. Phöông phaùp Thomas (Naêm 1878)
Phöông phaùp Thomas khaéc phuïc nhöôïc ñieåm cuûa phöông phaùp
Bessemer vaø cho luyeän theùp töø gang chöùa ñeán 2% P. Phöông phaùp naøy
cuõng duøng khoâng khí neùn thoåi vaøo gang loûng ôû trong loø thoåi gioáng
phöông phaùp Bessemer nhöng lôùp cuûa loø thoåi ñöôïc laøm baèng gaïch chòu
löûa chöùa MgO hay hoãn hôïp MgO vaø CaO. Lôùp loùt loø naøy cho pheùp loaïi
boû phosphor.
4P + 5O2 P4O10
P4O10 + 6CaO 2Ca3(PO4)2
Phöông phaùp Thomas cuõng nhö phöông phaùp Bessemer khoâng loaïi
boû hoaøn toaøn ñöôïc löu huyønh laø taïp chaát coù haïi ôû trong gang. Bôûi vaäy
caû hai phöông phaùp naøy chæ duøng ñeå luyeän theùp töø gang khoâng coù quaù
0,05% löu huyønh.
c. Phöông phaùp Martin (Naêm 1860)
12
Khaùc vôùi hai phöông phaùp treân, trong phöông phaùp Martin, chaát oxi
hoùa khoâng chæ laø oxi cuûa khoâng khí ñuôïc thoåi vaøo loø maø caû saét (III) oxit
cuûa quaëng saét vaø cuûa saét vuïn cho theâm vaøo cuøng vôùi gang. Quaù trình
luyeän theùp ñöôïc thöïc hieän trong loø löûa ngoïn,nhieät ñoä cuûa loø ñaït ñeán
18000C, goïi laø loø Martin.
Nhöõng phaûn öùng hoùa hoïc xaûy ra trong loø löûa ngoïn khoâng khaùc vôùi
loø thoåi nhöng quaù trình luyeän theùp keùo daøi khoaûng töø 6 –8 giôø. Nhôø thôøi
gian keùo daøi nhö vaäy, ngöôøi ta coù theå phaân tích ñöôïc saûn phaåm vaø cho
theâm nhöõng vaät lieäu caàn thieát ñeå cheá caùc loaïi theùp coù thaønh phaàn mong
muoán, nhaát laø theùp hôïp kim. Tuy nhieân, ñeå luyeän theùp hôïp kim, ngöôøi
ta thöôøng hay duøng loø ñieän hoà quang coù nhieät ñoä treân 30000C.
d. Phöông phaùp baz-oxi (Naêm 1953)
Phöông phaùp naøy hieän ñaïi hôn, hieän nay ñöôïc saûn xuaát raát phoå bieán
ôû nhieàu nöôùc treân theá giôùi. Phöông phaùp baz-oxi caûi tieán phöông phaùp
Bessemer : duøng loø thoåi coù coâng suaát lôùn hôn vaø thoåi khí oxi tinh khieát
coù aùp suaát 10atm. Phoái lieäu naïp vaøo loø thoåi laø gang loûng vaø saét vuïn.
Qua moät oáng daãn ñöôïc laøm laïnh ôû ngoaøi baèng nöôùc vaø ñöa xuyeân qua
mieäng loø thoåi tôùi gaàn phoái lieäu, ngöôøi ta thoåi ñoàng thôøi boät CaO vaø khí
O2 vaøo loø. Doøng CaO vaø O2 ñoù vôùi toác ñoä lôùn coù theå ñi ñeán ñaùy loø vaø
khuaáy troän maïnh lôùp phoái lieäu loûng ôû trong loø.
Taïp chaát trong phoái lieäu ñöôïc oxi hoùa thaønh oxit roài oxit taùc duïng
vôùi CaO taïo thaønh xæ. Nhôø nhieät cuûa phaûn öùng oxi hoùa taïp chaát, caùc
chaát ôû trong loø vaãn giöõ ñöôcï ôû traïng thaùi loûng. Sau khoaûng 40 phuùt, keùo
oáng daãn khí ra khoûi loø vaø nghieâng loø ñeå ñoå xæ ra tröôùc, theùp ra sau.
Phöông phaùp baz-oxi ñöôïc söû duïng chuû yeáu ñeå saûn xuaát theùp
cacbon, trong 40-45 phuùt loø thoåi saûn xuaát ñöôïc 300 – 350 taán theùp.
II.3. Caùc loaïi theùp thöôøng duøng [11,12,13]
Tuøy theo vieäc söû duïng ngöôøi ta chia theùp laøm 2 nhoùm :
- Nhoùm theùp cacbon : duøng trong ngaønh cheá taïo maùy noùi chung vaø
ngaønh xaây döïng.
- Nhoùm theùp hôïp kim : duøng ñeå cheá taïo caùc duïng cuï caét, duïng cuï ño,
caùc chi tieát maùy coù yeâu caàu ñoä beàn, ñoä deûo cao. Trong nhoùm theùp hôïp
kim coù theùp hôïp kim ñaëc bieät laø caùc theùp coù töø tính, theùp khoâng gæ, theùp
chòu nhieät...
II.3.1. Caùc phöông phaùp phaân loaïi theùp
13
Coù nhieàu caùch phaân loaïi theùp khaùc nhau, nhöng thöôøng gaëp caùc
caùch sau :
a. Theo chaát löôïng
Theo chaát löôïng luyeän kim töùc laø theo möùc ñoä ñoàng nhaát cuûa thaønh
phaàn hoùa hoïc, toå chöùc vaø tính chaát cuûa theùp vaø ñaëc bieät laø möùc ñoä chöùa
caùc taïp chaát coù haïi P, S ngöôøi ta phaân ra caùc loaïi sau :
- Theùp coù chaát löôïng thöôøng, coù theå chöùa tôùi 0,06% S vaø 0,07% P.
- Theùp coù chaát löôïng toát, chöùa khoâng quaù 0,04% S vaø 0,035% P.
- Theùp coù chaát löôïng cao, chöùa khoâng quaù 0,025% moãi nguyeân toá.
- Theùp coù chaát löôïng ñaëc bieät cao, chöùa khoâng quaù 0,015% S vaø
0,025% P.
Chaát löôïng cuûa theùp do phöông phaùp luyeän quyeát ñònh. Theùp cacbon
coù theå goàm 3 loaïi chaát löôïng ñaàu, theùp hôïp kim coù theå goàm 3 loaïi chaát
löôïng sau.
b. Theo phöông phaùp khöû oxi
Theo möùc ñoä khöû oxi phaân ra : theùp soâi, theùp laëng vaø nöûa laëng.
- Theùp soâi laø theùp ñöôïc khöû oxi khoâng trieät ñeå, chæ duøng fero –
mangan. Do vaãn coøn FeO, neân noù coù theå taùc duïng vôùi C trong theùp loûng
theo phaûn öùng sau :
FeO + C Fe + CO↑
Khí CO bay leân laøm cho maët theùp loûng chuyeån ñoäng gioáng nhö noù bò
soâi leân, do vaäy coù teân laø theùp soâi.
- Theùp laëng laø theùp ñöôïc khöû oxi trieät ñeå, ngoaøi fero – mangan coøn
duøng fero – silic vaø nhoâm, neân trong theùp coøn raát ít FeO, maët theùp loûng
phaúng laëng vaø do vaäy ñöôïc goïi laø theùp laëng.
- Theùp nöûa laëng laø loaïi trung gian giöõa theùp soâi vaø theùp laëng chæ ñöôïc
khöû oxi baèng fero –mangan vaø nhoâm.
Theùp cacbon thaáp coù theå coù ôû caû 3 loaïi keå treân. Theùp cacbon trung
bình coù theå laø theùp laëng hoaëc nöûa laëng. Theùp cacbon cao vaø theùp hôïp
kim luoân laø theùp laëng. Vaät ñuùc chæ ñöôïc cheá taïo töø theùp laëng.
c. Theo coâng duïng
Ñaây laø caùch phaân bieät thöôøng duøng nhaát, goàm 3 nhoùm chính.
- Theùp caùn noùng thoâng duïng : loaïi naøy chuû yeáu duøng trong xaây döïng
vaø caùc coâng vieäc thoâng thöôøng töông töï, noùi chung khoâng caàn qua nhieät
luyeän.
14
- Theùp keát caáu : chuû yeáu ñeå laøm caùc chi tieát maùy, thöôøng phaûi qua
nhieät luyeän.
- Theùp duïng cuï : Chuû yeáu ñeå laøm duïng cuï (caét goït, bieán daïng, ño
löôøng) thöôøng baét buoäc phaûi qua nhieät luyeän.
II.3.2. Kyù hieäu vaø coâng duïng cuûa nhoùm theùp caùn noùng thoâng duïng
(hay chính laø nhoùm theùp duøng trong xaây döïng)
Trong noäi dung ñeà taøi naøy, chuùng toâi chæ xeùt tôùi ñoái töôïng chính laø
caùc loaïi theùp duøng trong xaây döïng. Do ñoù chuùng toâi chæ taäp trung xem
xeùt ñeán ñoái töôïng chính naøy.
Nhoùm theùp naøy hieän chieám tôùi 80% khoái löôïng theùp duøng trong thöïc
teá, thöôøng ñöôïc cung caáp ôû daïng qua caùn noùng (taám; thanh; daây; oáng;
theùp hình : chöõ U, I; theùp goùc...) töø caùc nhaø maùy lieân hôïp luyeän kim vôùi
muïc ñích chuû yeáu ñeå laøm caùc keát caáu trong xaây döïng nhö nhaø, xöôûng,
caàu, coáng, coát theùp cuûa beâtoâng...(Cuõng coù theå söû duïng trong cheá taïo
maùy ñeå laøm chi tieát maùy khoâng quan troïng).
Maùc theùp σb, MPa σ0,2, MPa δ5, %
CT31
CT33
CT34
CT38
CT42
CT51
CT61
≥310
320 – 420
340 – 440
380 – 490
420 – 540
500 – 640
≥600
-
-
200
210
240
260
300
20
31
29
23
21
17
12
Baûng 1 : Cô tính quy ñònh cuûa caùc maùc theùp cacbon chaát löôïng thöôøng,
phaân nhoùm A
Ghi chuù : Neáu laø theùp soâi thì theâm chöõ s, neáu laø theùp nöûa laëng thì theâm
chöõ n phía sau. Ví duï : CT33s, CT42n...Ngoaøi ra caàn löu yù theùp xuaát
xöôûng coù tieát dieän (ñöôøng kính, chieàu daøy) caøng nhoû coù cô tính caøng
cao hôn (so vôùi soá lieäu trong baûng).
Theo TCVN 1765-75 nhoùm theùp naøy ñöôïc kyù hieäu baèng chöõ CT (C
laø cacbon, T laø theùp), vôùi con soá tieáp theo chæ giôùi haïn beàn keùo toái thieåu
(kG/mm2), muoán ñoåi ra MPa chæ vieäc nhaân vôùi 9,81 (thöôøng laáy troøn
baèng 10). Nhoùm theùp naøy laïi ñöôïc chia ra thaønh 3 phaân nhoùm nhoû :
15
- Phaân nhoùm A : Chæ quy ñònh veà cô tính, maø khoâng quy ñònh veà
thaønh phaàn hoùa hoïc (xem baûng 1).
- Phaân nhoùm B : Chæ quy ñònh veà thaønh phaàn hoùa hoïc, maø khoâng quy
ñònh veà cô tính. Theùp thuoäc phaân nhoùm naøy kyù hieäu theâm chöõ B ôû tröôùc
chöõ CT (xem baûng 2).
- Phaân nhoùm C : Ñöôïc quy ñònh caû veà cô tính vaø thaønh phaàn hoùa hoïc,
cô tính gioáng nhoùm A, coøn thaønh phaàn hoùa hoïc thì gioáng nhoùm B. Kyù
hieäu theâm chöõ C ôû tröôùc chöõ CT. Ví duï maùc theùp CCT34s coù cô tính
töông töï CT34s vaø thaønh phaàn töông töï BCT34s.
Caùc maùc phaân nhoùm A ñöôïc duøng laøm caùc chi tieát, keát caáu maø cheá
taïo chuùng khoâng phaûi qua gia coâng noùng (nhö haøn, bieán daïng deûo,
nhieät luyeän), do ñoù chuùng baûo toàn toå chuùc vaø cô tính ban ñaàu theo tieâu
chuaån (Baûng 1).
Si trong theùp, % S, % P, %Maùc
theùp
C, % Mn, %
soâi nöûa laëng laëng khoâng quaù
BCT31
BCT33
BCT34
BCT38
BCT42
BCT51
BCT61
≤0,23
0,06-0,12
0,09-0,15
0,14-0,22
0,18-0,27
0,28-0,37
0,38-0,49
-
0,25-0,50
0,25-0,50
0,30-0,65
0,40-0,70
0,50-0,80
0,50-0,80
-
0,05
0,05
0,07
0,07
-
-
-
0,05-0,17
0,05-0,17
0,05-0,17
0,05-0,17
0,05-0,17
0,05-0,17
-
0,12-0,30
0,12-0,30
0,12-0,30
0,12-0,30
0,15-0,35
0,15-0,35
0,06
0,05
0,05
0,05
0,05
0,05
0,05
0,06
0,04
0,04
0,04
0,04
0,04
0,04
Baûng 2 : Thaønh phaàn hoùa hoïc cuûa caùc maùc theùp cacbon chaát löôïng
thöôøng, phaân nhoùm B
Caùc maùc phaân nhoùm B ñöôïc duøng laøm caùc chi tieát, keát caáu khi cheá
taïo coù qua gia coâng noùng (haøn, reøn, nhieät luyeän), do ñoù toå chöùc vaø cô
tính ban ñaàu khoâng toàn taïi. Muoán vaäy caàn bieát thaønh phaàn hoùa hoïc (ñaëc
bieät laø cacbon) ñeå xaùc ñònh cheá ñoä gia coâng noùng.
Caùc maùc phaân nhoùm C ñöôïc chuyeân duøng laøm keát caáu haøn. Trong
tröôøng hôïp naøy phaûi bieát caû cô tính ban ñaàu cuûa theùp bôûi vì chuùng ñöôïc
baûo toàn (khoâng thay ñoåi) ôû caùc phaàn khoâng bò nung noùng. So vôùi 2 phaân
nhoùm treân, phaân nhoùm C coù chaát löôïng cao hôn.
Caû 3 phaân nhoùm ñöôïc duøng laøm caùc keát caáu kim loaïi vaø chi tieát chòu
taûi nheï, töùc laø coù öùng duïng raát roäng raõi trong xaây döïng. Trong nhoùm
16
naøy coøn coù nhöõng phaân nhoùm ñaëc bieät nhö laøm keát caáu xaây döïng, ñoùng
taøu, laøm caàu,...
III. Caùc phöông phaùp phaân tích ñònh löôïng saét trong theùp [15,20]
Ñeå ñònh tính, ñònh löôïng theùp thoâng thöôøng ngöôøi ta phaûi chuyeån
maãu veà daïng dung dòch (tröø phöông phaùp quang phoå phaùt xaï) baèng caùc
dung dòch axit thích hôïp.
III.1. Phöông phaùp phaân tích khoái löôïng [4,5,16]
Phöông phaùp naøy döïa treân vieäc keát tuûa ion saét (III) baèng amoni
hidroxit döôùi daïng Fe(OH)3 vaø thu ñöôïc daïng caân Fe2O3 baèng caùch
nung Fe(OH)3 roài töø daïng caân ñeå tính haøm löôïng saét.
Phöông trình phaûn öùng
Fe3+ + 3NH3 + 3H2O Fe(OH)3↓ + 3NH4+
t0
Khi nung, Fe(OH)3 ñöôïc chuyeån thaønh Fe2O3 vaø ta caân oxit ñoù.
2Fe(OH)3 Fe2O3 + 3H2O↑
t0
Traùnh nung keùo daøi, vì ñieàu ñoù daãn ñeán söï khöû moät phaàn saét oxit :
6Fe2O3 4Fe3O4 + O2↑
Nhöng neáu theâm 1 gioït HNO3 ñaëc vaøo Fe3O4 ñaõ ñeå nguoäi vaø ñun
noùng cheùn 1 caùch caån thaän treân ngoïn luûa ñeøn khí thì saét bò khöû laïi bò oxi
hoùa.
2Fe3O4 + 2HNO3 3Fe2O3 + H2O + 2NO2↑
Saét(III) hidroxit ñöôïc keát tuûa töø dung dòch noùng, khi ñoù muoái saét(III)
bò thuûy phaân, ví duï :
FeCl3 + 2H2O Fe(OH)2Cl + 2HCl
Do ñoù, ñeå traùnh söï thuûy phaân vaø ñeå oxi hoùa saét (II) thaønh saét (III)
ngöôøi ta theâm axit nitric trong quaù trình phaân tích.
Fe(OH)2Cl + 2H+ 2H2O + Fe3+ + Cl-
3Fe2+ + 4HNO3 3Fe3+ + NO↑ + 2H2O + 3NO3-
III.2. Phaân tích theå tích (chuaån ñoä) [6,16]
III.2.1Phöông phaùp oxi hoùa khöû
Phöông phaùp döïa treân phaûn öùng:
5Fe2+ + MnO4- + 8H+ 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O
Khi keát thuùc phaûn öùng, döïa vaøo theå tích KMnO4 (MnO4-) ñeå tính
haøm löôïng saét.
III.2.2Phöông phaùp taïo phöùc
Döïa treân phaûn öùng
17
Fe3+ + H2Sal Fe(sal)+ + 2H+
Fe(sal)+ + H2Y2- FeY- + H2Sal
Xaùc ñònh haøm löôïng ion saét (III) baèng caùch chuaån ñoä tröïc tieáp baèng
dung dòch chuaån EDTA vôùi chaát chæ thò acid sulfosalisilic ôû pH = 2.
III.3. Caùc phöông phaùp phaân tích hoùa lyù [7,8,9,20]
III.3.1.Phöông phaùp traéc quang so maøu
Phöông phaùp traéc quang so maøu söû duïng caùc phaûn öùng hoùa hoïc ñeå
chuyeån chaát caàn xaùc ñònh thaønh moät hôïp chaát coù maøu, sau ñoù döïa vaøo
söï haáp thuï böùc xaï ñieän töø cuûa dung dòch maøu naøy hay so saùnh cöôøng ñoä
maøu thu ñöôïc vôùi cöôøng ñoä maøu cuûa dung dòch ñaõ bieát tröôùc noàng ñoä seõ
ñònh löôïng ñöôïc chaát caàn xaùc ñònh trong maãu.
-Xaùc ñònh saét duøng thuoác thöû ortho-phenantroline:phenantrolinetaïo
vôùi Fe(II) thaønh moät phöùc coù maøu ñoû da cam ôû pH=3.2-3.3.
_Xaùc ñònh saét duøng thuoác thöû thiocyanat:ôû pH=2, Fe(III) taïo ñöôïc
phöùc chaát maøu ñoû maùu vôùi thiocyanat.
-Xaùc ñònh saét duøng thuoác thöû acid salisilic:Fe(III) taïo ñöôïc vôùi acid
salisilic caùc phöùc coù thaønh phaàn vaø maøu saéc khaùc nhau tuøy thuoäc vaøo
pH cuûa moâi tröôøng.
III.3.2.Phöông phaùp quang phoå phaùt xaï nguyeân töû
Phöông phaùp quang phoå phaùt xaï nguyeân töû coøn goïi taét laø EAS döïa
vaøo vieäc ño böôùc soùng, cöôøng ñoä vaø caùc ñaëc tröng khaùc cuûa böùc xaï ñieän
töø do caùc nguyeân töû hay ion ôû traïng thaùi hôi bò kích thích phaùt ra. Hieän
töôïng phaùt xaï nguyeân töû xaûy ra laø do söï thay ñoåi traïng thaùi naêng löôïng
cuûa caùc nguyeân töû. Bình thöôøng caùc nguyeân töû ôû traïng thaùi khoâng kích
thích hay coøn goïi laø traïng thaùi cô baûn töông öùng vôùi möùc naêng löôïng
thaáp nhaát E0. Baèng moät bieän phaùp naøo ñoù ta cung caáp naêng löôïng cho
nguyeân töû, caùc nguyeân töû coù theå chuyeån leân caùc möùc naêng löôïng cao
hôn E1, E2... Ngöôøi ta noùi caùc nguyeân töû chuyeån leân traïng thaùi nguyeân
töû kích thích. Traïng thaùi naøy khoâng beàn sau 1 khoaûng thôøi gian raát ngaén
(côõ 10-8s) nguyeân töû seõ quay veà traïng thaùi cô baûn hay ôû traïng thaùi kích
thích naøo ñoù coù möùc naêng löôïng thaáp hôn. Töø nguoàn böùc xaï do maãu
phaùt ra ta xöû lyù ñeå coù keát quaû phaân tích.
18
PHAÀN II : PHÖÔNG PHAÙP NGHIEÂN CÖÙU
Vôùi muïc ñích ñaët ra laø phaân tích haøm löôïng saét trong caùc loaïi theùp
xaây döïng. Chuùng toâi ñaõ choïn :
- Phöông phaùp phaân tích khoái löôïng (cuï theå laø phöông phaùp keát tuûa)
laøm phöông phaùp chính.
- Keát hôïp vôùi phöông phaùp chuaån ñoä oxi hoùa – khöû vaø phöông phaùp
quang phoå phaùt xaï nguyeân töû ñeå kieåm tra.
I. Phöông phaùp phaân tích khoái löôïng ñònh löôïng saét [4,6,10]
I.1. Nguyeân taéc cuûa phaân tích khoái löôïng
Phaân tích khoái löôïng laø moät phöông phaùp cuûa phaân tích hoùa hoïc
ñònh löôïng döïa treân söï ño chính xaùc khoái löôïng cuûa chaát caàn xaùc ñònh,
hoaëc cuûa thaønh phaàn noù ñöôïc taùch ra ôû traïng thaùi tinh khieát hoùa hoïc,
hoaë döôùi daïng hôïp chaát thích hôïp (coù thaønh phaàn khoâng ñoåi, bieát chính
xaùc).
I.2. Phaân loaïi caùc phöông phaùp phaân tích khoái löôïng
Caùc phöông phaùp phaân tích khoái löôïng goàm 3 nhoùm lôùn : phöông
phaùp taùch, phöông phaùp keát tuûa vaø phöông phaùp caát.
I.3. Phöông phaùp keát tuûa xaùc ñònh saét trong theùp xaây döïng
I.3.1. Sô ñoà cuûa söï xaùc ñònh
t0(-
3H2O)
Axit 6OH-
(2) (1)
Maãu 2Fe3+(dd) 2Fe(OH)3↓ Fe2O3
Chaát xaùc ñònh Daïng keát tuûa Daïng caân
I.3.2. Nghieân cöùu xaây döïng quy trình
a. Quy trình phaù maãu
- Khaûo saùt löïa choïn loaïi axit phaù maãu thích hôïp.
- Khaûo saùt tæ leä maãu : löôïng axit thích hôïp.
- Khaûo saùt nhieät ñoä phaù maãu.
- Khaûo saùt thôøi gian phaù maãu.
b. Quy trình taïo keát tuûa, nung keát tuûa
- Khaûo saùt pH thích hôïp.
- Khaûo saùt caùc nguyeân toá aûnh höông ñeán keát tuûa.
- Khaûo saùt nhieät ñoä nung keát tuûa.
- Khaûo saùt thôøi gian nung keát tuûa.
19
I.3.3. Chuaån bò maãu [4,5]
Ñeå chuaån bò maãu phaân tích hôïp kim (theùp) caàn tuaân thuû moät
soá ñieåm :
- Thöù nhaát : do söï phaân boá cuûa caùc nguyeân toá hoùa hoïc trong hôïp kim
khoâng ñoàng ñeàu neân khi phaân tích hôïp kim caàn chuù yù ñeán vieäc laáy maãu
trung bình cuûa caùc vaät lieäu nghieân cöùu ôû daïng thoûi, ñóa hay caùc thaønh
phaàn xaùc ñònh. Phaûi laáy maãu caû ôû treân beà maët vaø caû ôû caùc ñoä saâu khaùc
nhau. Muoán vaäy ta phaûi khoan caùc vaät lieäu ñoù theo caùc höôùng khaùc
nhau.
- Thöù hai : do caùch laáy maãu trung bình laø maãu thu ñöôïc baèng caùch
khoan vaø nghieàn trong coái theùp neân trong maãu khoâng theå khoâng coù laãn
caùc taïp chaát laï nhö nöôùc, môõ, gæ... Vì vaäy, tröôùc khi phaân tích phaûi röûa
saïch maãu ñaõ nghieàn nhoû baèng eter vaø saáy khoâ.
- Thöù ba : do ñaëc thuø cuûa moät soá saûn phaåm kim loaïi neân maãu saûn
phaåm ñem phaân tích (chi tieát duïng cuï, maùy moùc) khoâng ñöôïc hö hoûng.
Ñoâi khi caùc chi tieát kim loaïi nhoû ñeán noãi khoâng laáy ñöôïc phoâi baøo.
Muoán khoâng laøm hö hoûng chi tieát maùy ta tieán haønh phaân tích baèng
phöông phaùp khoâng duøng phoâi baøo.
I.3.4 Phöông phaùp tính toaùn [4,10]
a. Tính toaùn khoái löôïng maãu, keát quaû phaân tích saét trong maãu
- Tính löôïng caân cuûa chaát phaân tích : khi ñi töø chaát raén (maãu theùp,
muoái saét, quaëng...) thì löôïng caân ñöôïc tính tröôùc ñeå ñieàu cheá thaønh
dung dòch cuûa noù sao cho khoái löôïng cuûa daïng caân thu ñöôïc khi xaùc
ñònh khoâng vöôït quaù 0,1g.
Cuï theå :
Ñeå tính löôïng caân cuûa chaát phaân tích ngöôøi ta laäp tæ leä xuaát phaùt töø
phöông trình cuûa caùc phaûn öùng. Cuõng caàn phaûi chuù yù raèng, neáu chaát
phaân tích chöùa löôïng raát lôùn caùc taïp chaát laï thì löôïng caân caàn phaûi
töông öùng vôùi haøm löôïng cuûa chaát caàn xaùc ñònh trong maãu nghieân cöùu.
Töø sô ñoà sau :
H2SO4 (dö) Chaát oxi 6OH- t0
hoùa 2Fe(maãu) 2FeSO4 Fe2(SO4)3 2Fe(OH)3 Fe2O3
Suy ra : 2MFe*0,1
mFe(maãu) = = 0,0700 g
M Fe2O3
20
Trong theùp haøm löôïng saét khoaûng 97%, cho neân löôïng caân cuûa maãu
caàn phaûi laáy laø :
0,07*100
97
mmaãu = = 0,0720 g
Trong coâng thöùc treân : 0,1 laø khoái löôïng neân coù cuûa daïng caân (tính
baèng gam) cuûa chaát caàn xaùc ñònh.
- Tính keát quaû phaân tích :
Haøm löôïng phaàn traêm cuûa saét trong maãu phaân tích theùp theo khoái
löôïng cuûa daïng caân Fe2O3 ñaõ ñöôïc taùch ra ñöôïc tính theo coâng thöùc :
x =
a * 0,6994*100
m
Fe2O3
Trong ñoù :
x : % Fe trong maãu
m : khoái löôïng maãu ,g
Fe2O3 a : khoái löôïng cuûa daïng caân Fe2O3 ,g
b. Xöû lyù soá lieäu
-Duøng chuaån Dixon (Q) ñeå loaïi trò soá ño maéc ñoä leäch thoâ baïo,chuaån
F ñeå ñaùnh giaù möùc ñoä ñoàng nhaát thoáng keâ giöõa hai ñoä leäch chuaån
maãu cuûa hai daõy thí nghieäm; coâng thöùc tính sai soá ngaãu nhieân tuyeät
ñoái ñeå xaùc ñònh khoaûng tin caäy cuûa caùc soá lieäu thu ñöôïc.
_ Bieân giôùi tin caäy (BGTC hay ε ):
n
St Pf .,=ε
Trong ñoù: Choïn P = 0.95.
n laø soá laàn thí nghieäm.
tra baûng. Pft ,
( )
1
2
−
−= ∑
n
XX
S i
21
- Bieåu dieãn keát quaû:
n
St
XX Pf
.,±=±= εμ
c. Xaùc ñònh sai soá cuûa phöông phaùp
Tieán haønh thí nghieäm theo quy trình ñaõ ñöôïc xaây döïng vôùi maãu saét
tinh khieát ñeå xaùc ñònh sai soá cuûa phöông phaùp.
Trong ñoù : m0 : khoái löôïng maãu saét tinh khieát, g
100*%
o
Ao
m
amS −=
aA : khoái löôïng saét xaùc ñònh ñöôïc, g
S% : sai soá töông ñoái
II. Phöông phaùp chuaån ñoä theå tích
II.1. Nguyeân taéc cuûa phaân tích theå tích
Phöông phaùp phaân tích ñònh löôïng döïa treân vieäc ño löôïng thuoác thöû
caàn duøng ñeå phaûn öùng vôùi moät löôïng ñaõ cho cuûa chaát caàn xaùc ñònh goïi
laø phöông phaùp phaân tích chuaån ñoä.
II.2. Caùc phöông phaùp phaân tích theå tích
-Phöông phaùp chuaån ñoä axit – bazô hoaëc phöông phaùp trung hoøa.
- Phöông phaùp chuaån ñoä oxi hoùa – khöû .
-Phöông phaùp chuaån ñoä keát tuûa vaø taïo phöùc.
II.3. Phöông phaùp chuaån ñoä oxi hoùa – khöû xaùc ñònh saét trong theùp
xaây döïng
Sô ñoà cuûa söï xaùc ñònh
Phaù maãu Chuaån ñoä baèng chaát oxi hoùa
(2) (1) Maãu theùp Fe
2+(dd) Fe3+
Phöông trình chuaån ñoä
5Fe2+ + MnO4- + 8H+ = 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O
Tính toaùn keát quaû: vieäc tính toaùn xuaát phaùt töø ñònh luaät ñöông
löôïng,ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc:
22
MnO4-
Trong ñoù, DFe : ñöông löôïng gam cuûa saét
N : noàng ñoä ñöông löôïng cuûa MnO4-
m : khoái löôïng maãu(g)
x : haøm löôïng phaàn traêm cuûa saét trong maãu
III. Phöông phaùp quang phoå phaùt xa nguyeân töû (EAS) [7,8,9]
III.1. Nguyeân taéc
Caùc nguyeân töû bình thöôøng ôû traïng thaùi khoâng kích thích hay coøn
goïi laø traïng thaùi cô baûn, töông öùng vôùi möùc naêng löôïng thaáp nhaát E0.
Khi cung caáp naêng löôïng cho nguyeân töû, caùc nguyeân töû coù theå chuyeån
leân caùc möùc naêng löôïng cao hôn E1, E2... Ngöôøi ta noùi caùc nguyeân töû
chuyeån sang traïng thaùi kích thích. Traïng thaùi naøy khoâng beàn sau moät
khoaûng thôøi gian raát ngaén (côõ 10-8s), nguyeân töû seõ töï quay veà traïng thaùi
cô baûn hay ôû caùc traïng thaùi kích thích naøo ñoù coù möùc naêng löôïng thaáp
hôn, vaø phaùt ra naêng löôïng. Töø nguoàn böùc xaï do maãu phaùt ra ta xöû lyù
ñeå coù keát quaû phaân tích. Quang phoå naøy goïi laø quang phoå phaùt xaï
nguyeân töû.
- Döïa vaøo vò trí cuûa caùc vaïch phoå ñeå phaân tích ñònh tính caùc nguyeân
toá.
- Döïa vaøo cöôøng ñoä cuûa vaïch quang phoå ñeå phaân tích ñònh löôïng.
III.2. Quy trình phaân tích
Maãu phaân tích Bieán maãu thaønh
nguoàn phaùt xaï
Phaân tích chuøm böùc
xaï phöùc hôïp thaønh
nhöõng tia ñôn saéc
Ghi tín hieäuXöû lyù keát quaû
DFe*NMnO4-*VMnO4-
10m
x =
23
PHAÀN THÖÙ BA:THÖÏC NGHIEÄM
I. Maùy moùc, duïng cuï, hoùa chaát
I.1. Maùy moùc
- Loø nung mode LM321.05
- Maùy quang phoå phaùt xaï SPECTRO theo DIN31051
- Caân phaân tích vôùi ñoä chính xaùc 10-4 gam
- Tuû saáy
- Maùy khoan ñieän
- Cöa tay
I.2. Duïng cuï
- Pipette 1, 10, 25 ml
- Burette 25 ml
- Caùc duïng cuï thuûy tinh : cocá, bình noùn, bình ñònh möùc...
- Caùc duïng cuï baèng söù : coái, chaøy, cheùn
- Nhieät keá 1000C, 3000C
- Bình huùt aåm
- Giaáy loïc
- Chæ thò vaïn naêng
- Boùp cao su
.....
I.3. Hoùa chaát
- Caùc loaïi axit : HNO3, H2SO4 (PA)
- NH4OH (PA)
- FeCl3.6H2O, MnSO4.H2O, NH4SCN, NH4NO3, Na2SiO3... (PA)
- Saét tinh khieát
- Keõm tinh khieát
- Coàn, eter
.....
24
II. Nghieân cöùu xaây döïng quy trình phaân tích saét baèng phöông phaùp
khoái löôïng
II.1. Khaûo saùt quy trình taïo tuûa vaø nung keát tuûa
II.1.1Khaûo saùt aûnh höôûng cuûa pH ñeán quaù trình taïo keát tuûa
Trong dung dòch Fe3+ bò thuûy phaân cho moâi tröôøng pH ∼ 5 :
Fe3+ + H2O FeO+ + 2H+
Fe3+ + 3H2O Fe(OH)3 + 3H+
Ñeå traùnh hieän töôïng keo tuï, vieäc keát tuûa Fe(OH)3 ñöôïc tieán haønh
trong moâi tröôøng axit thích hôïp. Vì vaäy, chuùng toâi tieán haønh khaûo saùt ñeå
tìm pH keát tuûa Fe(OH)3 thích hôïp nhaát.
Caùch tieán haønh : Caân chính xaùc 0,3381 g FeCl3.6H2O cho vaøo coác
100ml ñaõ coù saün 50ml nöôùc caát, duøng ñuõa thuûy tinh khuaáy cho ñeán khi
muoái tan heát.
Duøng axit nitric ñeå axit hoùa dung dòch. Roài caån thaän ñun noùng ñeán
75 – 900C. Khuaáy dung dòch, ñoàng thôøi theâm dung dòch NH3 10% vaøo
dung dòch ñaõ ñöôïc ñun noùng ñeán khi coù muøi nheï amoniac (pH ∼ 9). Sau ñoù
theâm 100ml nöôùc caát noùng vaøo dung dòch chöùa keát tuûa vaø loïc qua giaáy loïc
khoâng tro, röûa caån thaän keát tuûa baèng dung dòch röûa (dung dòch röûa ñöôïc
chuaån bò nhö sau : theâm dung dòch amoniac vaøo dung dòch amoni nitrat 2%
noùng cho ñeán khi coù muøi amoniac nheï) vaø traùng laïi baèng nöôùc caát. Ñem
keát tuûa ñaõ ñöôïc röûa, saáy khoâ trong tuû saáy. Ñaët keát tuûa coøn hôi aåm vaøo cheùn
ñaõ caân. Ñaàu tieân ñoát noùng cheùn treân ngoïn löûa yeáu ñeå than hoùa giaáy loïc,
sau ñoù nung ôû ∼ 10000C, khoaûng 25 phuùt. Sau ñoù ñeå nguoäi maãu vaø caân tính
keát quaû.
Tieán haønh khaûo saùt ôû caùc möùc pH = 4, 3, 2, 1.
Keát quaû :
Fe2O3 pH mcoác tröôùc nung , g mcoác + tuûa sau nung , g m , g
1 31,0214 31,1090 0,0876
2 30,4024 30,4971 0,0947
3 30,0890 30,1779 0,0889
4 31,1277 31,2130 0,0853
Baûng 5. Khaûo saùt aûnh höôûng cuûa pH
25
Keát quaû khaûo saùt ñöôïc bieåu dieãn baèng ñoà thò
0.0876
0.0947
0.0889
0.0853
0.08
0.082
0.084
0.0
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- Xác định hàm lượng sắt trong thép xây dựng.pdf