用火花法鑒別材料

1、第二章 用火花法鑒別材料1.知識(shí)準(zhǔn)備鋼在高速旋轉(zhuǎn)的砂輪機(jī)上磨削時(shí)會(huì)產(chǎn)生火花，根據(jù)火花的形狀和顏色鑒別鋼的的牌號(hào)的方法叫火花鑒別法。當(dāng)試樣與高速旋轉(zhuǎn)的砂輪接觸時(shí)，由于劇烈摩擦，溫度急劇升高，被砂輪切削下來的顆粒以高速拋射出去，同空氣摩擦，溫度繼續(xù)升高，發(fā)生激烈氧化甚至熔化，因而在拋射中呈現(xiàn)出一條條光亮流線。磨削顆粒的表面生成的氧化鐵被顆粒內(nèi)所含的碳元素還原，生成CO氣體，在壓力足夠時(shí)便沖破表面氧化膜，發(fā)生爆裂而形成爆花。流線和爆花的色澤、數(shù)量、形狀、大小同試樣的化學(xué)成分相關(guān)有關(guān)，因此可以初步鑒別金屬材料。1.1火花束工件與砂輪接觸時(shí)產(chǎn)生的火花也叫做火束，由根花、間花和尾花三個(gè)主要部分組成。整個(gè)火

2、束示意圖如圖5-1所示。圖5-1火花束組成根花：靠近砂輪部位的火花。間花：在火束中間部位，火花最密集的一段。從間花中可以看出鋼中碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)多少。 圖5-2火花示意圖尾花：火束末端接近消失的部位，根據(jù)尾花形狀，可以判斷鋼中所含合金元素。 1.2 火花火花由流線、節(jié)點(diǎn)、芒線、爆花、花粉和尾花所組成，其示意圖如圖5-2所示。流線：高溫的粉末微粒沿砂輪切線飛行時(shí)產(chǎn)生線條狀的亮體稱為流線，通常分為3種：直線狀流線；斷續(xù)狀流線；波紋狀流線。圖5-3流線示意圖節(jié)點(diǎn)流線中途爆裂的亮點(diǎn)叫節(jié)點(diǎn)。1.2.3芒線節(jié)點(diǎn)爆裂時(shí)射出的發(fā)光線條。隨含碳量增高，分叉增多，有兩根分叉、三根分叉、四根分叉和多根分叉見圖5-4所示。

3、圖5-4芒線分叉示意圖1.2.4爆花流線中爆裂所產(chǎn)生的光亮火花或是節(jié)點(diǎn)處爆裂的火花叫爆花。爆花由節(jié)點(diǎn)和芒線組成,爆花隨流線上芒線的爆裂情況，有一次花、二次花、三次花和多次花之分 見圖5-5所示。圖5-5 爆花示意圖1.2.5花粉分散在爆花芒線間的點(diǎn)狀火花稱為花粉， 1.2.6尾花流線尾端呈現(xiàn)出不同形狀的爆花稱為尾花。鋼的化學(xué)成分不同，尾花的形狀也不同，通常尾花的形狀可分為直線、直羽狀尾花、狐尾尾花、槍尖尾花、鉤狀尾花等，如圖5-6所示。圖5-6尾花示意圖隨著鋼鐵材料化學(xué)成分的不同，產(chǎn)生各種不同的火花特征如火花爆裂的形態(tài)、流線、色澤和發(fā)光點(diǎn)等各有不同。1.3火花鑒別流線鑒別 顏色：碳鋼的流線多是

4、亮白色，合金鋼和鑄鐵是橙色和紅色，高速鋼的流線接近暗紅色。 形狀：碳鋼的流線為直線狀，高速鋼的流線呈斷續(xù)狀或波紋狀。 長(zhǎng)短：在相同的壓力下，分?jǐn)?shù)越大流線越短，高速鋼的流線比碳鋼的流線短。節(jié)點(diǎn)鑒別 碳鋼：有節(jié)點(diǎn)，隨著碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，節(jié)點(diǎn)更多。 高速鋼：一般沒有節(jié)點(diǎn)，相比之下鋁高速鋼W6Mo5Cr4V2稍有些節(jié)點(diǎn)，而鎢高速鋼W18Cr4V不見節(jié)點(diǎn)并且流線斷續(xù)狀明顯。尾花鑒別不同碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)、不同的合金元素火花的節(jié)點(diǎn)及尾花不同。常見的節(jié)點(diǎn)和尾花見圖5-5所示。1.4常用鋼的火花特征1.4.1 20鋼見圖5-7。圖5-7 20鋼火花特征：流線多，帶紅色，火束長(zhǎng)，芒線稍粗發(fā)光適中，花量稍多，多根分岔爆裂，

5、呈星形，花角狹小。 45鋼見圖5-8。圖5-8 45鋼火花特征：流線多而稍細(xì)，火束短，發(fā)光大，爆裂為多根分岔，多量三次花呈火星形，火花盛開，花數(shù)約占全體五分之三以上，有很多的小花及花粉發(fā)生。1.4.3 T7鋼見圖5-9。圖5-9 T7鋼火花特征：流線多而細(xì)，火束由于碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，其長(zhǎng)度漸次縮短而粗，發(fā)光漸次減弱，火花稍帶紅色，爆裂為多根分岔，多量三次花，花形由基本的星形發(fā)展為三層迭開，花數(shù)增多。研磨時(shí)手的感覺稍硬。1.4.4 T10鋼見圖5-10。圖5-10 T10鋼火花特征：流線多而細(xì)，火束較前更短而粗，帶紅色爆裂為多根多岔，分量三次花，小碎花及花粉極多。研磨時(shí)手的感覺較硬。1.4.5 T1

6、3鋼見圖5-11。圖5-11 T13鋼火花特征：流線多而極細(xì)，火束較T10鋼更短而更粗，發(fā)光較弱，帶紅色爆裂為多根分岔，大量的三次花，三層、四層重迭開花，碎花及花粉極多。1.4.6 CrWMn鋼見圖5-12。圖5-12 CrWMn鋼火花特征：火束細(xì)而較長(zhǎng)，發(fā)光稍暗，因受鎢鉻錳的影響，其火花爆裂為稍多量二次花，流線細(xì)而呈暗紅色，根部時(shí)有斷續(xù)流線產(chǎn)生，尾部呈狐尾花爆裂。研磨時(shí)感覺較硬。1.4.7 GCr15鋼見圖5-13。圖5-13 GCr15鋼火花特征：火束粗而細(xì)短發(fā)光中度，其爆裂為多量較緊密的三次花，花蕊似火團(tuán)，芒線多而細(xì)，附有很多碎花及花粉，全體呈橙黃色。1.4.8 40Cr鋼見圖5-14。

7、圖5-14 40Cr鋼的火花特征：40Cr鋼火花束呈橙黃色，根部稍暗，中部明亮，尾部次之，流線多而細(xì)長(zhǎng)，形狀稍挺直，微下垂成弧狀。爆花形式分為多根分叉二次菊星爆花，滲雜著三次菊星爆花，爆花爆裂非常活潑而正規(guī)，花角很大，爆花核心呈稍明亮的圓形節(jié)點(diǎn)，爆花爆裂后能附生較多的中、小型碎花、花粉及芒線，芒線常呈分叉狀態(tài)。整體呈白亮的橙黃色，花數(shù)約占總體1/2，爆花花勢(shì)增大，呈盛開的姿態(tài)，爆裂強(qiáng)度甚高。 42CrMo鋼見圖5-15。圖5-15 42CrMo鋼的火花特征：42CrMo鋼火花束呈淡橙黃色，根部帶微紅，中部非常明亮，尾部呈亮橙色，流線很多而細(xì)長(zhǎng)，自根部起逐漸膨脹壯大，至尾部收縮斷明，微微下垂?fàn)顟B(tài)

8、。爆花形式為三根、四根、五根分叉三次菊星爆花，花角盛大，爆花核心呈較明亮的圓形節(jié)點(diǎn)，芒線和花粉很多，時(shí)有小型碎花雙層爆裂的現(xiàn)象，流線尾部呈現(xiàn)再次明亮的槍尖，多而清晰易見，構(gòu)成槍尖尾爆花（鉻鉬碳共存特征）。整體呈亮橙黃色，花數(shù)約占總體3/5，爆花花勢(shì)盛開，爆裂強(qiáng)度很強(qiáng)。1.4.10 38CrMoA1鋼見圖5-16。圖5-16 38CrMoA1鋼的火花特征：38CrMoA1鋼火花束呈淡紅色，根部稍暗，中部比較明亮，尾部呈暗橙色，流線不多，微帶挺直而細(xì)長(zhǎng)，自根部起逐漸膨脹粗大，至尾部收縮斷明，微微下垂?fàn)顟B(tài)。受鉻鋁元素影響，爆花形式為多根分叉二次與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

9、角不大，附生微量微小型碎花、芒線和花粉。流線尾部呈現(xiàn)再次明亮的槍尖，構(gòu)成槍尖尾爆花（鑰元素特征），爆花趨于壓縮，但尚活潑。整體呈橙黃色，爆花花量受鋁元素影響而壓縮抑制，花數(shù)約占總體1/4左右，爆花花勢(shì)不旺，爆裂強(qiáng)度較為軟弱，火花圖光度比較強(qiáng)烈。4) Cr13鋼見圖5-17。圖5-17 Cr13鋼火花特征：火束細(xì)而極短，發(fā)光較暗，火花爆裂為三次花，十多根分岔，多層復(fù)花形式，呈大星形，附有很多碎花和花粉。爆裂很多，活潑美觀。尾部流線略為粗大。研磨時(shí)材質(zhì)較硬。 W6Mo5Cr4V2鋼見圖5-18。圖5-18 W6Mo5Cr4V2鋼火花特征：W6Mo5Cr4V2鋼火花束呈朱紅色，根部呈褐橙色，光度很暗

10、弱，流線適中，稍多，比較細(xì)長(zhǎng)，自根部起逐漸粗壯，至尾部突然膨脹，呈狐尾而下垂成半弧形狀態(tài)，根部、中部以斷續(xù)流線為主，偶呈波浪流線和穗流線，尾部為狐尾、點(diǎn)狀狐尾和麥穗特征。因受比較高的含鎢量、含鉬量的影響，鋼中所含鉻、釩及高碳等元素特征均被壓抑或中和變態(tài)，幾乎無火花爆裂，僅在尾部略有二、三、四枝狐尾芒線分叉的狐尾爆花、穗狐尾爆花和點(diǎn)狀狐尾爆花，芒線比較粗長(zhǎng)明亮。研磨時(shí)材質(zhì)較硬。1.4.13 W18Cr4V鋼見圖5-19。圖5-19 W18Cr4V鋼火花特征：W18Cr4V鋼火花束呈赤橙色澤，根部暗紅，光度極暗弱，流線較少，稍細(xì)長(zhǎng)，自根部起逐漸膨脹，呈平直狀態(tài)，其跟部和中部為斷續(xù)流線，有時(shí)呈波浪流

11、線。受高鎢影響，所含鉻、釩及較高碳量等元素的特征均被壓抑或中和變態(tài)，所以幾乎無火花爆裂，僅在尾部略有二、三枝狐尾芒線分叉的點(diǎn)狀狐尾爆裂，花量無幾。它的流線長(zhǎng)而量小，色亦較暗，膨脹性小，芒線及尾部呈點(diǎn)狀膨脹下垂，形成點(diǎn)狀狐尾爆花。由于火花被抑制，顯示出很高的含鎢量。研磨時(shí)材質(zhì)較硬。2.實(shí)訓(xùn)目標(biāo)生產(chǎn)中常用的鋼制工件其鋼材的品種較多，火花鑒別法作為一種簡(jiǎn)便、實(shí)用的方法廣泛應(yīng)用于鋼制工件的材料牌號(hào)鑒別中。本訓(xùn)練主要通過常用牌號(hào)鋼制工件的火花對(duì)比，學(xué)會(huì)使用火花鑒別法分辨這些材料的方法。3.實(shí)訓(xùn)內(nèi)容及方法3.1實(shí)訓(xùn)內(nèi)容訓(xùn)練鑒別碳鋼碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的方法。掌握碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)碳鋼的火花特征影響及其特征。采用高、中、低

12、碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的鋼進(jìn)行訓(xùn)練。訓(xùn)練鑒別合金鋼所含元素的方法。掌握常用合金元素對(duì)火花的影響及其特征。采用含Si、Cr、Mo、W、Ni等元素的鋼進(jìn)行訓(xùn)練。3.2操作方法火花鑒別的工作場(chǎng)地不宜太亮，最好在暗處，避免陽光直射影響火花的光色和清晰度，操作時(shí)使火花光束與視線有一適當(dāng)角度，以便于仔細(xì)觀察火花束長(zhǎng)度和特征。使用手提式砂輪機(jī)將工件或鋼材排列在地面上，手拿砂輪機(jī)，打開開關(guān)使砂輪平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)，用砂輪圓周接觸鋼材進(jìn)行磨削，用力要適宜，并使火花束大致向略高于水平方向發(fā)射，以便于對(duì)火花全面觀察，使用臺(tái)式砂輪機(jī)打開開關(guān)，待砂輪機(jī)起動(dòng)旋轉(zhuǎn)后，手拿工件或試塊與砂輪圓周接觸進(jìn)行磨削。3.3操作注意事項(xiàng)操作時(shí)應(yīng)帶無色平光防護(hù)

13、眼鏡，以免砂粒飛射入眼內(nèi)。操作時(shí)應(yīng)該站立砂輪一側(cè)，不得面對(duì)砂輪站立。用手拿緊工件并輕壓砂輪，用力適度。成批挑選混料時(shí)，用力一致，不要因用力大小不一而影響判斷。判斷結(jié)論不要草率，初判時(shí)防止可能發(fā)生的錯(cuò)覺，可與已知化學(xué)成分的標(biāo)準(zhǔn)鋼樣對(duì)照鑒別?；鸹ㄨb定鋼種的精確度和操作者的熟練程度有關(guān)，所以要多做對(duì)比練習(xí)。對(duì)于工件的火花鑒別處應(yīng)是在非工作部位。3.4火花鑒別的操作步驟3.4.1鑒別流線通常碳鋼的流線多是亮白色，合金鋼和鑄鐵是橙色和紅色，高速鋼的流線接近暗紅色；碳鋼的流線為直線狀，高速鋼的流線呈斷續(xù)狀或波紋狀；在相同的壓力下，含碳量越多，流線越短，高速鋼的流線比碳鋼的流線短。3.4.2鑒別節(jié)點(diǎn)隨著含碳

14、量增加，節(jié)點(diǎn)更多，高速鋼一般沒有節(jié)點(diǎn)。3.4.3鑒別尾花不同含碳量、不同的合金元素火花的節(jié)點(diǎn)及尾花不同。4.實(shí)訓(xùn)設(shè)備及材料4.1火花鑒別的設(shè)備主要設(shè)備是手提式砂輪機(jī)和臺(tái)式砂輪機(jī)，砂輪機(jī)的轉(zhuǎn)速為28004000r/min，砂輪片直徑150200mm，砂粒為普通氧化鋁，粒度為4060號(hào)，硬度中軟。手提式砂輪機(jī)適用于鑒別大型工件所使用的材料，也適用于工廠的材料庫大批量鋼材的火花鑒別。臺(tái)式砂輪機(jī)適用于小型工件或試塊的火花鑒別，推薦使用臺(tái)式砂輪機(jī)。4.2實(shí)訓(xùn)的材料實(shí)訓(xùn)的材料為20、45、T7、T8、T10等碳素鋼材料，及40Cr、42CrMo、Gr15、CrWMn、38CrMoA1、60Si2Mn、Cr13型、1Cr18Ni9Ti、5CrNiMo、W6Mo5Cr4V2和W18Cr4V鋼等含有Si、Cr、Mo、W、Ni元素的合金鋼材料，其尺寸為2030mm ×l50300mm的圓棒料。 5.實(shí)訓(xùn)總結(jié)45、40Cr、42CrMo與38CrMoA1鋼這幾種鋼材雖然分屬碳素鋼與合金鋼，且所含合金元素不盡相同，但由于其含碳量較為接近