用火花法鉴别材料.doc

第二章 用火花法鉴别材料
1.知识准备
钢在高速旋转的砂轮机上磨削时会产生火花，根据火花的形状和颜色鉴别钢的的牌号的方法叫火花鉴别法。
当试样与高速旋转的砂轮接触时，由于剧烈摩擦，温度急剧升高，被砂轮切削下来的颗粒以高速抛射出去，同空气摩擦，温度继续升高，发生激烈氧化甚至熔化，因而在抛射中呈现出一条条光亮流线。磨削颗粒的表面生成的氧化铁被颗粒内所含的碳元素还原，生成CO气体，在压力足够时便冲破表面氧化膜，发生爆裂而形成爆花。流线和爆花的色泽、数量、形状、大小同试样的化学成分相关有关，因此可以初步鉴别金属材料。
1.1火花束　　
工件与砂轮接触时产生的火花也叫做火束，由根花、间花和尾花三个主要部分组成。整个火束示意图如图5-1所示。

图5-1火花束组成
1.1.1根花：靠近砂轮部位的火花。
1.1.2间花：在火束中间部位，火花最密集的一段。从间花中可以看出钢中碳质量分数多少。 图5-2火花示意图
1.1.3尾花：火束末端接近消失的部位，根据尾花形状，可以判断钢中所含合金元素。
1.2 火花
火花由流线、节点、芒线、爆花、花粉和尾花所组成，其示意图如图5-2所示。
1.2.1流线：高温的粉末微粒沿砂轮切线飞行时产生线条状的亮体称为流线，通常分为3种：①直线状流线；②断续状流线；③波纹状流线。

图5-3流线示意图
1.2.2节点
流线中途爆裂的亮点叫节点。
1.2.3芒线
节点爆裂时射出的发光线条。随含碳量增高，分叉增多，有两根分叉、三根分叉、四根分叉和多根分叉见图5-4所示。

图5-4芒线分叉示意图
1.2.4爆花
流线中爆裂所产生的光亮火花或是节点处爆裂的火花叫爆花。爆花由节点和芒线组成,爆花随流线上芒线的爆裂情况，有一次花、二次花、三次花和多次花之分 见图5-5所示。

图5-5 爆花示意图
1.2.5花粉
分散在爆花芒线间的点状火花称为花粉，
1.2.6尾花
流线尾端呈现出不同形状的爆花称为尾花。钢的化学成分不同，尾花的形状也不同，通常尾花的形状可分为直线、直羽状尾花、狐尾尾花、枪尖尾花、钩状尾花等，如图5-6所示。
图5-6尾花示意图
随着钢铁材料化学成分的不同，产生各种不同的火花特征如火花爆裂的形态、流线、色泽和发光点等各有不同。
1.3火花鉴别
1.3.1流线鉴别
① 颜色：碳钢的流线多是亮白色，合金钢和铸铁是橙色和红色，高速钢的流线接近暗红色。
② 形状：碳钢的流线为直线状，高速钢的流线呈断续状或波纹状。
③ 长短：在相同的压力下，分数越大流线越短，高速钢的流线比碳钢的流线短。
1.3.2节点鉴别
① 碳钢：有节点，随着碳质量分数增加，节点更多。
② 高速钢：一般没有节点，相比之下铝高速钢W6Mo5Cr4V2稍有些节点，而钨高速钢W18Cr4V不见节点并且流线断续状明显。
1.3.3尾花鉴别
不同碳质量分数、不同的合金元素火花的节点及尾花不同。常见的节点和尾花见图5-5所示。
1.4常用钢的火花特征
1.4.1 20钢见图5-7。

图5-7 20钢火花
特征：流线多，带红色，火束长，芒线稍粗．发光适中，花量稍多，多根分岔爆裂，呈星形，花角狭小。
1.4.2 45钢见图5-8。

图5-8 45钢火花
特征：流线多而稍细，火束短，发光大，爆裂为多根分岔，多量三次花呈火星形，火花盛开，花数约占全体五分之三以上，有很多的小花及花粉发生。
1.4.3 T7钢见图5-9。

图5-9 T7钢火花
特征：流线多而细，火束由于碳质量分数高，其长度渐次缩短而粗，发光渐次减弱，火花稍带红色，爆裂为多根分岔，多量三次花，花形由基本的星形发展为三层迭开，花数增多。研磨时手的感觉稍硬。
1.4.4 T10钢见图5-10。

图5-10 T10钢火花
特征：流线多而细，火束较前更短而粗，带红色爆裂为多根多岔，分量三次花，小碎花及花粉极多。研磨时手的感觉较硬。
1.4.5 T13钢见图5-11。

图5-11 T13钢火花
特征：流线多而极细，火束较T10钢更短而更粗，发光较弱，带红色爆裂为多根分岔，大量的三次花，三层、四层重迭开花，碎花及花粉极多。
1.4.6 CrWMn钢见图5-12。

图5-12 CrWMn钢火花
特征：火束细而较长，发光稍暗，因受钨铬锰的影响，其火花爆裂为稍多量二次花，流线细而呈暗红色，根部时有断续流线产生，尾部呈狐尾花爆裂。研磨时感觉较硬。
1.4.7 GCr15钢见图5-13。

图5-13 GCr15钢火花
特征：火束粗而细短．发光中度，其爆裂为多量较紧密的三次花，花蕊似火团，芒线多而细，附有很多碎花及花粉，全体呈橙黄色。
1.4.8 40Cr钢见图5-14。

图5-14 40Cr钢的火花
特征：40Cr钢火花束呈橙黄色，根部稍暗，中部明亮，尾部次之，流线多而细长，形状稍挺直，微下垂成弧状。爆花形式分为多根分叉二次菊星爆花，渗杂着三次菊星爆花，爆花爆裂非常活泼而正规，花角很大，爆花核心呈稍明亮的圆形节点，爆花爆裂后能附生较多的中、小型碎花、花粉及芒线，芒线常呈分叉状态。整体呈白亮的橙黄色，花数约占总体1/2，爆花花势增大，呈盛开的姿态，爆裂强度甚高。
1.4.9 42CrMo钢见图5-15。

图5-15 42CrMo钢的火花
特征：42CrMo钢火花束呈淡橙黄色，根部带微红，中部非常明亮，尾部呈亮橙色，流线很多而细长，自根部起逐渐膨胀壮大，至尾部收缩断明，微微下垂状态。爆花形式为三根、四根、五根分叉三次菊星爆花，花角盛大，爆花核心呈较明亮的圆形节点，芒线和花粉很多，时有小型碎花双层爆裂的现象，流线尾部呈现再次明亮的枪尖，多而清晰易见，构成枪尖尾爆花（铬钼碳共存特征）。整体呈亮橙黄色，花数约占总体3/5，爆花花势盛开，爆裂强度很强。
1.4.10 38CrMoA1钢见图5-16。

图5-16 38CrMoA1钢的火花
特征：38CrMoA1钢火花束呈淡红色，根部稍暗，中部比较明亮，尾部呈暗橙色，流线不多，微带挺直而细长，自根部起逐渐膨胀粗大，至尾部收缩断明，微微下垂状态。受铬铝元素影响，爆花形式为多根分叉二次与三根分叉三次菊星爆花和星形爆花的混合，爆花核心微明，花角不大，附生微量微小型碎花、芒线和花粉。流线尾部呈现再次明亮的枪尖，构成枪尖尾爆花（钥元素特征），爆花趋于压缩，但尚活泼。整体呈橙黄色，爆花花量受铝元素影响而压缩抑制，花数约占总体1/4左右，爆花花势不旺，爆裂强度较为软弱，火花图光度比较强烈。4)
1.4.11 Cr13钢见图5-17。

图5-17 Cr13钢火花
特征：火束细而极短，发光较暗，火花爆裂为三次花，十多根分岔，多层复花形式，呈大星形，附有很多碎花和花粉。爆裂很多，活泼美观。尾部流线略为粗大。研磨时材质较硬。
1.4.12 W6Mo5Cr4V2钢见图5-18。

图5-18 W6Mo5Cr4V2钢火花
特征：W6Mo5Cr4V2钢火花束呈朱红色，根部呈褐橙色，光度很暗弱，流线适中，稍多，比较细长，自根部起逐渐粗壮，至尾部突然膨胀，呈狐尾而下垂成半弧形状态，根部、中部以断续流线为主，偶呈波浪流线和穗流线，尾部为狐尾、点状狐尾和麦穗特征。
因受比较高的含钨量、含钼量的影响，钢中所含铬、钒及高碳等元素特征均被压抑或中和变态，几乎无火花爆裂，仅在尾部略有二、三、四枝狐尾芒线分叉的狐尾爆花、穗狐尾爆花和点状狐尾爆花，芒线比较粗长明亮。研磨时材质较硬。
1.4.13 W18Cr4V钢见图5-19。

图5-19 W18Cr4V钢火花
特征：W18Cr4V钢火花束呈赤橙色泽，根部暗红，光度极暗弱，流线较少，稍细长，自根部起逐渐膨胀，呈平直状态，其跟部和中部为断续流线，有时呈波浪流线。受高钨影响，所含铬、钒及较高碳量等元素的特征均被压抑或中和变态，所以几乎无火花爆裂，仅在尾部略有二、三枝狐尾芒线分叉的点状狐尾爆裂，花量无几。它的流线长而量小，色亦较暗，膨胀性小，芒线及尾部呈点状膨胀下垂，形成点状狐尾爆花。由于火花被抑制，显示出很高的含钨量。研磨时材质较硬。
2.实训目标
生产中常用的钢制工件其钢材的品种较多，火花鉴别法作为一种简便、实用的方法广泛应用于钢制工件的材料牌号鉴别中。本训练主要通过常用牌号钢制工件的火花对比，学会使用火花鉴别法分辨这些材料的方法。
3.实训内容及方法
3.1实训内容
训练鉴别碳钢碳质量分数的方法。掌握碳质量分数对碳钢的火花特征影响及其特征。采用高、中、低碳质量分数的钢进行训练。训练鉴别合金钢所含元素的方法。掌握常用合金元素对火花的影响及其特征。采用含Si、Cr、Mo、W、Ni等元素的钢进行训练。
3.2操作方法
火花鉴别的工作场地不宜太亮，最好在暗处，避免阳光直射影响火花的光色和清晰度，操作时使火花光束与视线有一适当角度，以便于仔细观察火花束长度和特征。
3.2.1使用手提式砂轮机
将工件或钢材排列在地面上，手拿砂轮机，打开开关使砂轮平稳旋转，用砂轮圆周接触钢材进行磨削，用力要适宜，并使火花束大致向略高于水平方向发射，以便于对火花全面观察，
3.2.2使用台式砂轮机
打开开关，待砂轮机起动旋转后，手拿工件或试块与砂轮圆周接触进行磨削。
3.3操作注意事项
3.3.1操作时应带无色平光防护眼镜，以免砂粒飞射入眼内。
3.3.2操作时应该站立砂轮一侧，不得面对砂轮站立。
3.3.3用手拿紧工件并轻压砂轮，用力适度。成批挑选混料时，用力一致，不要因用力大小不一而影响判断。
3.3.4判断结论不要草率，初判时防止可能发生的错觉，可与已知化学成分的标准钢样对照鉴别。火花鉴定钢种的精确度和操作者的熟练程度有关，所以要多做对比练习。
3.3.5对于工件的火花鉴别处应是在非工作部位。
3.4火花鉴别的操作步骤
3.4.1鉴别流线
通常碳钢的流线多是亮白色，合金钢和铸铁是橙色和红色，高速钢的流线接近暗红色；碳钢的流线为直线状，高速钢的流线呈断续状或波纹状；在相同的压力下，含碳量越多，流线越短，高速钢的流线比碳钢的流线短。
3.4.2鉴别节点
随着含碳量增加，节点更多，高速钢一般没有节点。
3.4.3鉴别尾花
不同含碳量、不同的合金元素火花的节点及尾花不同。
4.实训设备及材料
4.1火花鉴别的设备
主要设备是手提式砂轮机和台式砂轮机，砂轮机的转速为2800～4000r/min，砂轮片直径150～200mm，砂粒为普通氧化铝，粒度为40~60号，硬度中软。
手提式砂轮机适用于鉴别大型工件所使用的材料，也适用于工厂的材料库大批量钢材的火花鉴别。台式砂轮机适用于小型工件或试块的火花鉴别，推荐使用台式砂轮机。
4.2实训的材料
实训的材料为20、45、T7、T8、T10等碳素钢材料，及40Cr、42CrMo、Gr15、CrWMn、38CrMoA1、60Si2Mn、Cr13型、1Cr18Ni9Ti、5CrNiMo、W6Mo5Cr4V2和W18Cr4V钢等含有Si、Cr、Mo、W、Ni元素的合金钢材料，其尺寸为Ф20～30mm ×l50～300mm的圆棒料。
5.实训总结
45、40Cr、42CrMo与38CrMoA1钢这几种钢材虽然分属碳素钢与合金钢，且所含合金元素不尽相同，但由于其含碳量较为接近，因此初学者极易将几种钢材的火花相混淆，
本训练虽然对比介绍了几种常用钢材的火花图及其特征，但初学时由于操作方法、观察方法等原因仍易将其混淆，只有通过反复对比练习观察，掌握不同钢材火花的细微区别之处，才能将火花鉴别法学好。
表5-5火花鉴别法实训记录表
材料名称
流线特征
爆花特征
花束颜色
尾花特征
20

45

T8

T12

40Gr

42CrMo

38CrMoA1

60Si2Mn

3Cr13

1Cr18Ni9Ti

Gr15

5CrNiMo

W18Gr4V

W6Mo5Cr4V2

第三章 硬度检测