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火花鉴别法是将被试验的钢铁材料与高速旋转的砂轮接触，根据钢铁材料在磨削过程中所出现的火花爆裂形状、流线、色泽、发火点等特点区别钢铁材料化学成分差异，来近似地确定钢铁的化学成分的一种方法。 （一）火花产生的机理 钢铁材料在一定的压力下，放在砂轮上摩擦，由于砂轮的磨削作用，钢铁成屑末状脱离试件，并且沿着砂轮与材料接触点的切线方向作高速运动。同时被磨削热加热成熔融状态，形成光亮的流线，当流线中熔融状态的金属颗粒与空气中的氧接触时表面被强烈氧化，形成一层FeO薄膜。钢中的碳在高温下极易与氧发生反应，FeO+C→ Fe+CO，使FeO还原；被还原的Fe将再次被氧化，然后再次还原；这种氧化一还原反应循环进行，会不断产生出CO气体，当颗粒表面的氧化铁薄膜不能控制产生的CO气体时，就有爆裂现象发生从而形成火花。爆裂的碎粒若仍残留未参加反应的FeO和C时，将继续发生反应，则出现二次、三次或多次爆裂火花。钢中的碳是形成火花的基本元素，当钢中含有锰、硅、钨、铬、钼等元素时，它们的氧化物将影响火花的线条、颜色和状态。根据火花的特征，可大致判断出钢材的碳含量和其它元素的含量。 （二）火花产生的方式 以往研究火花鉴别是采用专用电动砂轮机，其参数：功率为0.20～0.75kW，转速高于3000r/min，所用砂轮粒度为40～60目，中等硬度，直径为φ150～200mm。磨削时施加压力以20～60N为宜，轻压看合金元素，重压看含碳量。这种方法需将钢件制成小试样便于手持磨削，现场应用受到一定限制。 对于生产现场的工件可采用风砂轮或电动砂轮进行对比火花鉴别，即将工件与已知成分的钢件试样对比磨削，观察火花的一至程度，来确定钢铁的化学成分。这种方法需制作一定数量已知化学成分的小试样。 （三）火花鉴别的要点 钢铁中的含碳量主要是根据火花的爆裂情况加以鉴定的。碳钢中的含碳量越高，火花越多，火束越多。对合金钢，由于各种合金元素对火花形状、颜色产生不同影响，因而也可基本上鉴别出合金元素的种类及大概含量。但不象碳素钢那样容易和准确。 火花鉴别的要点是：详细观察火花的火束粗细、长短、花次层叠程度和它的色泽变化情况。注意观察组成火束的流线形态，火花束根部、中部及尾部的特殊情况和它的运动规律，同时还要观察火花爆裂形态、花粉大小和多少。 （四）火花的组成 1、火花束：火花束是指被测材料在砂轮上磨削时产生的全部火花，常由根部、中部、尾部组成。 2、流线：从砂轮上直接射出的好像直线的火流称为流线。每条流线都由节点、爆花和尾花组成。 3、节点：节点就是流线上火花爆裂的原点，呈明亮点。 4、爆花和芒线：爆花就是节点处爆裂的火花。组成爆花的每一根细小线叫芒线。钢的化学成分不同，尾花的形状也不同。通常，尾花可分为狐尾尾花、枪尖尾花、菊花状尾花、羽状尾花等。 一般爆花有以下三种类型： ①一次爆花（简称一次花）：在流线上的爆花，只有一次爆裂的芒线，花型较简单，有两叉、三叉和多叉几种。一次爆花是含炭量0.25%以下的碳钢的火花特征。爆花分叉的增加说明钢中含碳的增多。 ②二次爆花：在第一次爆裂的芒线上，又一次发生爆裂所呈现的爆花形式，称为二次花。它也随含碳量的不同分为三叉、四叉和多叉几种。二次花是含炭量0.3-0.6%的碳钢的火花特征。 ③三次爆花与多次花：在第二次爆裂的芒线上再一次（或数次）爆裂所呈现的极为细小而复杂的火花形式 ，称为三次花（或多次花），这种爆花是含炭量0.65%以上的碳钢的火花特征。 5、花粉：它是分散在爆花的芒线间和周围的点状火花。这种花粉只有在含炭量超过0.5%的钢中才出现。 （五）钢中合金元素对火花的影响 钢中加人合金元素后，火花特征将发生变化。Ni、Si、Mo、W等合金元素抑制爆花爆裂，Mn、V等合金元素则助长爆花爆裂。 钨：抑制爆花爆裂作用最为强烈。钨含量达到1.0%左右时，爆花显著减少，钨含量为2.5%时，爆花呈秃尾状。钨使色泽变暗。钨抑制爆花爆裂作用的大小，与钢中含碳量有关，低碳钢中钨含量为4%~5 %时，钨可完全抑制爆花爆裂。从火花色泽上看，钨钢中含碳量越高，越是呈暗红色火花。 钼：钼具有较强烈的抑制爆花爆裂、细化芒线和加深火花色泽的作用。钼钢的火花色泽是不明亮的，当钼含量较高时，火花呈深橙色。钼钢有没有枪尖尾花，与含钼量和含碳量有关，含碳量越低，枪尖越明显。 硅：硅也有抑制爆花爆裂作用。当硅含量达２％-~3％时，这种抑制作用就较明显，它能使爆裂芒线缩短。硅锰弹簧钢的火花呈橙红色，流线粗而短，芒线短粗且少，火花试验时手感抗力较小。 镍：镍对爆花有较弱的抑制作用，使花形不整洁和缩小，流线较碳钢细。随镍含量增高。流线的数量减少及长度变短，色泽变暗。 铬：铬的影响比较复杂。对于低铬低碳钢，铬有助长火花爆裂、增加流线长度和数量的作用，火花呈亮白色，爆花为一、二次花，花型较大。对于含碳量较高的低铬钢，铬助长爆裂的作用不明显，并阻止枝状爆花的发生，流线粗短而量较少，火花束仍然明亮。由于碳高，爆花有花粉。随铬含量增加，火花的爆裂强度、流线长度、流线数量等均有所减少，色泽也将变暗。铬钢中若含有抑制爆裂和助长爆裂的合金元素存在，则钢的火花现象表现复杂，为判定钢的铬含量，需配合其它试验方法。 锰：锰元素有助长爆花爆裂作用。锰钢的火花爆裂强度比碳钢强，爆花位置比碳钢离砂轮远。钢中含锰稍高时，钢的火花比较整洁，色泽也比碳钢黄亮，含碳量较低的锰钢呈白亮色，爆花核心有大而白亮的节点，花型较大，芒线稀少且细长。含碳量较高的锰钢，爆花有较多的花粉。低锰钢的流线粗而长，量较多。高锰钢流线短粗且量少，由于锰是助长爆裂的元素，因此有时可能误认为钢的碳含量高。 钒：也是助长爆花爆裂的元素。 观察火花是鉴别钢的简便方法。对于碳素钢的鉴别比较轻易，但对合金钢，尤其是多种合金元素的合金钢，各合金元素对火花的影响不同，它们互相制约，情况比较复杂。 （六）常用钢铁材料的火花特征 碳是钢铁材料火花的基本元素，也是火花鉴别法测定的主要成分。由于含碳量的不同，其火花形状不同。 1、碳素钢火花的特征 ① 通常低碳钢火花束较长，流线少，芒线稍粗，多为一次花，发光一般，带暗红色，无花粉。 ② 中碳钢火花束稍短，流线较细长而多，爆花分叉较多，开始出现二次、三次花，花粉较多，发光较强，颜色橙。 ③ 高碳钢火花束较短而粗，流线多而细，碎花、花粉多，又分叉多且多为三次花，发光较亮。 2、铸铁的火花特征 铸铁的火花束很粗，流线较多，一般为二次花，花粉多，爆花多，尾部渐粗下垂成弧形，颜色多为橙红。火花试验时，手感较软。 3、灰铸铁的火花特征 火花束细而短，尾花呈羽状，色泽为暗红色。 4、合金钢的火花特征 合金钢的火花特征与其含有的合金元素有关。一般情况下，镍、硅、钼、钨等元素抑制火花爆裂，而锰、钒铬等元素却可助长火花爆裂。所以对合金钢的鉴别难掌握。 一般铬钢的火花束白亮，流线稍粗而长，爆裂多为一次花、花型较大，呈大星形，分叉多而细，附有碎花粉，爆裂的火花心较明亮。 镍铬不锈钢的火花束细，发光较暗，爆裂为一次花，五、六根分叉，呈星形，尖端微有爆裂。 高速钢火花束细长，流线数量少，无火花爆裂，色泽呈暗红色，根部和中部为断续流线，尾花呈弧状。 下面是几种常用钢的具体火花特征： 20钢 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，呈一次花多根分叉爆裂。 45钢 流线多而稍细，呈黄色，火束短，发光大，爆裂为多根分岔，多量三次花量呈火星形，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。 T7钢 流线多而细，火束由于含碳量高，其长度渐次缩短而粗，发光渐次减弱，火花呈黄色稍带红色，根部暗红，中部明亮，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。 T12钢 整个火束呈暗橙色，发光不大，愈近根部色泽和光度愈暗淡，流线多而极细密，火束更为粗短，爆裂为多根分岔，三次花的花量极多，三层、四层重迭开花，大量碎花和花粉。摩擦中感觉材料较硬。 CrWMn钢 火束细而较长，发光稍暗，呈红色，火花爆裂为稍多二次花，根部时有断续流体产生，尾部呈狐尾花爆裂。 GCr15钢 火束粗而较短，发光中度，其爆裂为多量较紧密的三次花，花心是火团，芒线多而细，附有很多碎花和花粉，全体呈橙黄色。 9CrSi钢 火束明亮而长，呈橙黄色，流线粗而明亮，流线各部粗细近于一致，尾部有狐尾状。火花爆裂多为三次花，花心明亮。 Cr12钢 火束细而极短，发光较暗，火花爆裂为三次花，十多根分叉，多层复花形式，呈大星形，附有很多碎花和花粉。爆花很多，活泼美观。尾部流线略微粗大。摩擦时材料感觉硬。 3Cr2W8V钢 火束细而较短，发光暗弱，火花爆裂几乎完全抑制，流线呈暗红色，尾部有点状狐尾花。 5CrNiMo钢 火束较粗而明亮，发光中等，爆裂为三次花，三四根分叉为橙黄色，花心明亮并有花苞，尾部有枪尖尾花。 50CrV钢 火束较粗而较短，呈橙黄色，发光大。爆裂为三次花，十数根分叉的层迭复花，呈大星形，芒线多而细，花粉较多，花心明亮。 W6Mo5Cr4V2钢 火束短，呈赤红色，流线各部粗细近于一致。极少量的火花爆裂。流线比其他高速钢多。 W9Cr4V2钢 火束长呈暗红色，偶尔出现爆花，三四枝叶分叉，其跟部为断续流线，尾部色泽明亮成狐尾状花 W18Cr4V钢 火束细长，流线数量少，色泽呈赤橙色或暗红色，发光极暗，由于钨的影响，几乎无火花爆裂。其流线比W9Cr4V2钢长而少，膨胀性小，中部和根部为断续流线，尾部呈点形狐尾花。研磨时材质较硬。 W12Cr4V4Mo钢 火束较W6Mo5Cr4V2钢长而少，流线比W18Cr4V钢粗而明亮，尾部明亮，有少量爆花。 （七）火花鉴别记忆法则 一叉碳少两叉中，三叉出现超60（60钢）； 50（50钢）流线长而亮，稍有花粉伴其中； T8、T10碳量高，一短（火束短）三多（爆花多、花粉多、芒线多）看不清； 合金加入有变化，铬(菊尾花)锰（星花）钒助长火花明（仿佛增加了碳量）； 钨镍硅钼抑制碳（亮度降低），狐尾苞花喇叭枪形（尾部特征）。 | 
发表于 2014-4-1 19:25:17
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