Анализ углерода в чугуне: ОЭС или C/S-анализатор сжигания

Почему углерод важен в чугуне

Углерод — самый важный легирующий элемент в литье чугуна. Его содержание вместе с кремнием и скоростью охлаждения определяет, отлично ли это серый чугун (углерод как пластинчатый графит, 2,5–4,0 % C), ковкий чугун (сфероидальный графит, 3,0–4,0 % C), белый чугун (карбид железа, 1,8–3,6 % C) или сталь (<2,0 % C). Ошибка 0,1 % в измерении углерода может перевести отливку из одной марки в другую — с прямыми механическими и коммерческими последствиями.

Поэтому литейные измеряют углерод в трёх точках: входной материал (чушковой чугун, лом, возврат), процессный расплав (ложка или ленточная проба перед разливкой), готовая отливка (QC после охлаждения). У каждой точки свои требования к скорости и точности.

Два метода — оба нужны

Искровая оптико-эмиссионная спектрометрия (ОЭС) определяет углерод, возбуждая твёрдый образец искрой в аргоне и считывая эмиссионную линию углерода 193,09 нм (и другие). Возвращает 20–30 элементов за один 20–30-секундный разряд — идеально для контроля состава в процессе, когда нужны углерод, кремний, марганец, фосфор и сера сразу.

Высокочастотные ИК-анализаторы углерода-серы методом сжигания определяют углерод сжиганием взвешенного образца в кислороде в индукционной печи; образовавшийся CO₂ измеряется недисперсионной ИК-ячейкой (NDIR). Метод точнее на очень низких (<0,05 %) и очень высоких (>4 %) уровнях углерода, но анализирует только углерод и серу — а не остальные десять элементов спецификации марки.

Где выигрывает искровой ОЭС

Используйте ОЭС для контроля производства в процессе. Когда плавка в копильнике и у вас 60 секунд решить — добавить углерод, кремний или марганец — разряд ОЭС даёт полный состав за один выстрел. Innovate T5 с CMOS-детектором Hamamatsu покрывает типичный литейный диапазон (2,5–4,0 % C в сером чугуне, S 0,005–0,15 %) с производственной точностью.

Для исследовательской или аэрокосмической литейной задачи, где углерод нужно сообщать с ±0,005 %, берите Noble T7 с термостатированной оптикой. Углерод — неметалл с низкой энергией возбуждения; точное измерение зависит от строгой калибровки, сухого аргона и вакуумной или термостатированной оптики.

Где выигрывает анализатор сжигания

Используйте выделенный анализатор сжигания для сертификации и крайних значений диапазона. Когда надо отчитаться 0,001 % C в низкоуглеродистой нержавейке или 4,5 % C в гипер-эвтектическом сером чугуне, метод сжигания точнее ОЭС. Калибровка проще — основа гравиметрия, а не спектральное отношение, поэтому дрейф медленнее.

JIEBO предлагает три анализатора C/S — от начального до топового: CS995 (настольный, диапазон C 0,0005–6 %, для литейного производства), CS996 (напольный с расширяемыми ячейками, 0,0001–10 %, для смешанных марок), CS2020 (4 ячейки, автоматическая чистка, 0,00001–99,99 %, для высокопоточных лабораторий и сертификации).

Как реальные литейные используют оба

Большинство хорошо организованных литейных держат ОЭС в цехе для процессного контроля и анализатор C/S в QC-лаборатории для сертификации входного материала и готовых отливок. Методы перекрёстно проверяют друг друга: если показания углерода по ОЭС за неделю расходятся с анализатором сжигания, ОЭС требует перекалибровки. Это отраслевой стандарт во всех серьёзных литейных ковкого чугуна, куда мы поставляем.

Совокупная стоимость двух приборов меньше, чем кажется. Типичная пара — Innovate T5 + CS995 — покрывает весь QC-процесс ощутимо дешевле одного топового европейского ОЭС. Мы регулярно делаем пакетное предложение для новых литейных клиентов.

Спецификации марок чугуна

Краткая справка по наиболее распространённым маркам чугунного литья и требуемым диапазонам углерода:

Частые вопросы