鋼鐵材料的火花鑒別實驗指導(dǎo)書

1、實驗四 鋼鐵材料的火花鑒別一、實驗?zāi)康模ㄒ唬┻\用火花鑒別法檢查鋼鐵材料的原理方法（二）了解鑒別常用鋼鐵材料的斷口分析方法。二、實驗設(shè)備與材料1臺式砂輪機(jī)：選用4660粒度、中等硬度的普通氧化鋁砂輪，砂輪直徑為 150200mm，厚度為25mm.。2試樣：20、45、T12、W18Cr4V、HT300等材料的試樣若干。三、實驗概述：火花鑒別法就是運用鋼鐵材料在磨削過程中，隨著材料化學(xué)成分的差異，出現(xiàn)各種不同的火花特征來區(qū)別材料成分的方法?；鸹ㄨb別法快速簡便，應(yīng)用面廣，對工件滲碳或滲氮處理的表面質(zhì)量及表面脫碳程度也可作出定性的分析。但鋼中某些合金元素（如Ni、Cr、Mn等）含量較低時，對碳鋼火花影

2、響不明顯；另外一些合金元素（如S、P、Cu、Al、Ti等）尚不能用火花鑒別，且火花法分析總是定性的，因此具有一定的局限性。 1、火花的構(gòu)成 鋼鐵材料在砂輪上磨削時所射出的火花是由根部火花、中部火花和尾部火花等三部分構(gòu)成的火花束，如圖6-1所示?；鸹ㄊ闪骶€、節(jié)點、爆花和尾花構(gòu)成。 圖 4-1 火花束各部位的名稱1）流線為火花束中線條狀的光亮火花。 隨著鋼鐵材料的化學(xué)成分不同，將會產(chǎn)生三種不同形狀的流線，如圖所示。（1）直線流線 流線從根部到尾部成一直線或一拋物線。 （2）斷續(xù)流線 流線呈斷續(xù)的虛線狀線條。（3）波浪流線 整個流線中的某一端成波浪形線條。 a) 直線流線b) 斷續(xù)流線c)波浪流線

3、圖 4-2 流線示意圖2）節(jié)點節(jié)點是較流線明亮而粗大的閃亮點。節(jié)點常在流線的中途發(fā)生，有時也在流線的尾部發(fā)生或在流線間斷后再發(fā)生，如圖所示。圖 4-3 節(jié)點示意圖3）爆花爆花是由鐵末顆粒爆裂而產(chǎn)生的。爆花分布在流線上，它的形狀隨含碳量，其它元素成分、溫度、氧化性以及鋼的組織等因素的變化而變化，所以爆花在鑒別鋼鐵材料的火花中占有很重要的地位。爆花的流線叫做芒線。爆花可分為一次、二次、三次及多次爆花，如圖4-4所示。一次爆花只有一次爆裂的芒線。二次爆花在一次爆花的芒線上又一次發(fā)生爆裂。三次和多次爆花在二次爆花的芒線上再一次出現(xiàn)爆裂叫三次爆花；若在三次爆花的芒線上繼續(xù)出現(xiàn)爆裂時，就叫做多次爆花。a)

4、 次爆花b) 二次爆花C) 三次爆花圖 4-4 爆花示意圖在一次爆花的基礎(chǔ)上，若爆花只有一根芒線叫做二分叉；有兩根芒線叫做三分叉；有三 根芒線叫做四分叉；有三根以上芒線叫做多分叉。4）尾花 在流線尾部末端所呈現(xiàn)的特殊形式的火花統(tǒng)稱為尾花。尾花通常包括四種，有直線尾花、狐尾尾花、槍尖尾花和鉤狀尾花等，見圖4-5所示。（1）直線尾花 尾端和整根流線相同。（2）狐尾尾花 流線尾端逐漸膨脹呈狐尾狀的火花。（3）槍尖尾花 流線尾端膨脹呈三角形槍尖狀，且與流線脫離的火花。（4）鉤狀尾花 流線尾端象槍尖細(xì)小的鉤狀，且與流線脫離的火花。a) 直線尾花b) 狐尾尾花C) 槍尖尾花d) 鉤狀尾花 圖 4-5 尾花

5、示意圖2 火花的形成原理當(dāng)一塊鋼材與轉(zhuǎn)速足夠高的砂輪接觸時，鋼材表面被切削下來的鋼末以高速拋射出來，這些鋼末在運行中與空氣摩擦而溫度升高，有時甚至能達(dá)到鋼的熔點溫度。這些高溫鋼末在空氣中運行時呈現(xiàn)出一條一條的光亮線條，這就是火花的流線。由于鋼鐵材料中碳元素是火花形成的基本元素，而一些合金元素則能直接或間接地影響火花束的形態(tài)，所以可以根據(jù)火花束中的爆花、流線、色澤、尾花等特征來定性地判斷鋼材的化學(xué)成分。 3. 各元素對火花形態(tài)的影響 碳對火花形態(tài)的影響 因為爆花是碳的燃燒、爆裂造成的。所以，在不含合金成份 的碳素鋼中，火束中的爆花形狀和爆花的數(shù)量多少完全隨鋼中的含碳量變化而變化。其基本 規(guī)律如表

6、 4-1。爆花花形：含碳量 0.1左右，發(fā)生一次開叉的樹枝狀爆花，開叉隨含碳量增加，開叉 根數(shù)增加，開叉角度增大；含碳量 0.2左右，發(fā)生一次開叉和部分二次開叉的樹枝狀爆花； 含碳量 0.3左右，發(fā)生二次開叉和部分三次開叉的樹枝狀爆花；含碳量 0.4以上，發(fā)生三次開叉的樹枝狀爆花，并出現(xiàn)花粉。爆花數(shù)量：隨著含碳量增加，而逐漸增多；花間距離越短花粉越多。流線 ：隨著含碳量增加，數(shù)量增多；從低碳至中碳含碳量范圍內(nèi)，流線長度和粗細(xì)變化 不大；但從中碳至高碳范圍，流線長度逐漸縮短，粗度逐漸變細(xì)。色澤 ：隨著含碳量增加，顏色由橙色逐漸轉(zhuǎn)為紅色，明亮程度逐步增加；但含碳量在 0.6以上反隨含碳量的增加明亮

7、程度逐步降低，色澤變暗。硅對火花形態(tài)的影響一般認(rèn)為硅是抑制火花爆裂的元素。實踐證明，硅對火花形態(tài)的影響，隨著硅含量的變化表現(xiàn)出不同的特性。含硅量大于 0.10小于 0.4時，硅不但沒有抑制爆裂的作用，反而能使爆花形式整齊， 爆裂強(qiáng)度增強(qiáng)。這在同樣含碳量的沸騰鋼和鎮(zhèn)靜鋼的火花對比中，完全可以證實。鋼材在砂 輪上研磨時磨削顆粒中缺硅，碳就容易氧化，顆粒外膜的表面張力低，氣態(tài)氧化碳易于爆炸， 但爆裂強(qiáng)度不大，致使爆裂較為散亂。而含硅量增加，碳的氧化作用減緩，顆粒外膜較堅實， 氣態(tài)氧化碳累計到較大程度時才能爆裂，一經(jīng)爆裂，則爆裂程度較大。當(dāng)含硅量增高時，它對火花形態(tài)的影響，又發(fā)生了變化。含硅量在 1以

8、上，明顯地表 現(xiàn)為抑制爆裂作用。含硅高的，火花爆裂強(qiáng)度顯著減弱，花形縮小，芒線縮短，節(jié)點明亮， 爆花表現(xiàn)為苞花形式。 鉻對火花形態(tài)的影響 一般認(rèn)為鉻是助長爆裂元素，其實一成不變的東西是沒有 的，隨著鋼中含碳、含鉻量的不同，它對火花發(fā)生不同程度的影響。含鉻 1左右，含碳量不高時，它的確有助長爆裂的作用，20Cr 鋼與 20 碳鋼的火花對比 中可見其差異。20Cr 的爆花較之 20 鋼整齊，爆裂強(qiáng)度較大，樹枝狀花形呈較規(guī)則的松葉狀 開叉，節(jié)點更為明顯。含鉻 1左右，含碳量 0.80以上，鉻是存在反使火花受到壓抑。如果用滾動軸承鋼 GCr15 與碳素工具鋼 T10 比較，可發(fā)現(xiàn)芒線縮短，花形縮小，爆

9、裂強(qiáng)度有所降低。含碳量不高，含鉻量增加時，火花形態(tài)也有變化。如低碳高鉻的不銹鋼 1Cr13、2Cr13 比相似含碳量的含鉻合金結(jié)構(gòu)鋼來說，火束顯著縮短，色澤大為明亮，流線明顯加粗。含鉻量高，含碳量也高時，火花特征更為特殊。如合金工具鋼 Cr12，其火束很短，許多流線不發(fā)生爆裂，爆花為無數(shù)層次的細(xì)樹枝狀爆裂。4. 常用鋼鐵材料的火花特征 20 鋼 火束呈黃帶紅色澤，流線稍多而細(xì)長，尾部下垂，有少量節(jié)點和爆花，爆花多為一次爆花，滲雜著少量的二次爆花，見圖 46。 45 鋼火束較明亮的橙黃色澤，流線多而細(xì)長，尾部略帶下垂，節(jié)點和爆花增多，爆花多為三次爆花，見圖 47。圖 46 20 鋼的火花圖圖 4

10、7 45 鋼的火花圖 T12 鋼 火束呈橙紅色澤，根部暗紅，中部稍明亮，尾部漸而減弱，流線平多十分細(xì)密，流較短，尾部平直，爆花多且為三次爆花，見圖 48。圖 48 T12 鋼的火花圖圖 49 HT300 的火花圖HT300 鑄鐵 火束呈橙紅微帶桔紅色澤，流線多稍粗短，根部極細(xì)，至中部與尾部處突膨脹擴(kuò)粗，下垂成半弧形，爆花較多，一般為二次、三次爆花，中間亦夾雜著一次爆花。20Gr 和 40Gr這兩種鋼號屬于合金結(jié)構(gòu)鋼的鉻鋼組。這組鋼中還有 15Cr、30Cr、350r、450r 和 50Ct 五種鋼號。以 20Cr 和 400r 的應(yīng)用最為常見。它們的含鉻量均在 0.701.1%之間，含碳量也 不很高，這時鉻的存在表現(xiàn)出助長爆裂的作用。這些鋼號與相同含碳量的碳素結(jié)構(gòu)鋼相比， 火束色澤更為明亮；爆花形式更為整齊、規(guī)則、爆裂強(qiáng)度更大，節(jié)點更為明晰。如果將 20Gr 與 20 號碳素鋼、40Cr 與 40 號碳素鋼的火花對比下，就能發(fā)現(xiàn)這些特點(圖 4-10、4-11)。 實踐經(jīng)驗比較缺乏時，最好借助看譜分析測定鉻以后再作決