离心铸造自根部起逐渐膨胀下垂

　　钢铁材料的火花鉴别_机械/仪表_工程科技_专业资料。现场快速鉴别金属材料

　　钢铁材料的火花鉴别 火花鉴别是钢铁材料化学成分现场控制手段中为简易的方法之一，其特点是设简单，操作方便，对金属 牌号及其化学成分的鉴定分析速度快，准确性强，在临场分析中不必破坏试件，基本能满足金属材料生产和热处 理工艺要求．尤其对人批量金属材料的鉴别和分析更发挥了它的优点，这是化学分析法和其它物理分析法所不能 比拟的。 一、火花鉴别的应用范围 1．在浇铸和冶炼的企业，火花鉴别可用于钢铁废金属原料的外购、炉前搭配废钢铁原料的检查．以及金属成品 的化学成分检杏。对于炼钢炉前现场快速分析鉴定．火花鉴别也是极为有效的方法，能在几秒钟的时间里分析出 炉内钢水是否已符合熔炼制造所要求牌号的化学成分 2．在金属材料热处理或锻压加工前，应用火花分析法核对其材料牌号，就能正确掌握其加热温度和加热时间， 防止产生废品。 3．火花分析法能检验钢材是否经过渗碳、渗氮处理。能判断渗碳层及氮化层的深度、均匀性，对于渗碳钢还能 分析渗碳层的含碳量。 4．火花分析法能有效地检验钢材表面的脱碳情况，观察其脱碳层深度、尤其是利用钢材表面脱碳层来观察火花 图，能有效地分析合金成分的含量，这是每一个火花分析工作者准确分析合金成分的诀窍。 5．对于金属材料仓库，在装卸搬运过程中容易发生混料事故，而火花分析法是杜绝混钢事故的简单的 方法。 6．化学分析人员在化验工作前对被分析的金属材料作一次火花分析，可以省略试样中未含元素的化学分析工作， 同时可以验证化学分析的结果正确与否。物理分析的人员进行火花分析．可对金属材料的牌号做到心中有数，有 利于对金属材料的抗拉强度、延伸率、断面收缩率及金相组织等作进一步分析。 二、火花形成原理 钢铁材料在一定的压力下与旋转砂轮接触时，砂轮对工件产生切削作用，从工件产生的钢铁微粒被磨削热加 热成熔融状态脱离工件，沿砂轮切线方向作高速运动，产生光亮的流线形成火花束，这些高温熔融状态的金属颗 粒与空气中的氧气接触会形成氧化膜，钢中的碳元素，在高温下极易与氧结合形成一氧化碳，发生还原反应，这 时被还原的铁再度被空气氧化，然后再还原．这种反应多次重复，当一氧化碳气体压力超过熔融金属的表面张力 时便爆裂成火花，同时高温钢粒在空间运行形成切向的轨迹，就是我们所见的一条光亮线和光亮火花。当颗粒表 面的氧化膜不能约束反应生成的 CO 时，就有爆裂现象发生。粉碎的颗粒外逸时的火花称为“爆花”。磨削颗粒 经一次爆裂后，在碎粒中若仍残留有未参加反应的 Fe 、C ，将继续发生反应，则可能出现二次、三次或多次爆 花。这时，随粉爆花次数的增加（反应物减少），火花亮度也随之降低。钢铁材料中的碳元素是产生火花的基本 元素，而当钢中含有猛、硅、钨、钼、铬等元素时，它们的氧化物将影响火花的统一线条、颜色和形态，由此可 以判别钢的化学成分。根据产生火花束的形状特征及颜色来初步判别工件的化学成分的方法称为火花鉴别法。 钢铁中的碳元素含量主要是根据火花的爆裂程度来判别的，钢铁中的碳含量越高，火花越多、爆裂越烈、火 束越多。在合金钢中，由于合金元素对火花的形状、颜色产生不同的影响，可形成特有的颜色和花形特征。因此， 据此可大致鉴别出合金元素的种类和含量，但不如碳素钢鉴别那样容易和。 此外，钢中的碳化物（ Fe3C ）在高温下分解（大于 900℃），析出碳原子，反应式为： Fe3C→ 3Fe+C 碳原子和表面层氧化亚铁产生还原作用，形成一氧化碳，反应式为： FeO+C→ Fe+CO 三、离心铸造合金元素与氧的亲和力 合金元素与氧的亲和力强弱次序（依次减弱） Ca→Mg→Al→Ti→Si→V→Mn→Cr→Fe→Ni→Cu Ti 、V 、W 、Mo、Co、Ni 、Cu 等金属可改善钢的力学性能,但对抗氧化能力影响不大。钢中的碳对抗氧化 能力的影响也不显著：Cr 、AL 、Si 能显著提高钢的抗氧化能力，与氧亲和力的元素将优先被氧化，而这 个元素所生成的氧化膜的性质就控制着氧化过程。金属对氧的亲和力一般可由它的氧化物的生成热和分解压力来 -1- 判断。氧化物的生成热愈大，分解压力愈小，则这一金属对氧的亲和力也就愈强。 表 1 各种金属价稳定氧化物的性质 金属 氧化物 色彩 密度 (g/cm3 熔点 氧化物生成热 [*42J/(g.Mpa)-1] Cu Cu2O 红 6.00 1230 +43.0 Ag Ag2O 黑褐 7.14 300(分解） +7.0 Be BeO 白 3.02 2530 +145.3 Mg MgO 白 3.65 2800 +145.8 Mn MnO 绿 5.4 1785 +96.7 Fe FeO 黑 5.7 1377 +64.6 Ni NiO 绿黑 7.45 1960 +58.4 Zn ZnO 白 5.47 2000 +83.3 Al Al2O3 白 3.99 2050 +126.9 Cr Cr2O3 绿 5.21 2275 +96.3 Si SiO2 白 2.32 1710 +102.8 Ti TiO2 白 4.16 1825 +109 Zr ZrO2 白 5.73 2680 +129 Mo MoO2 红紫 4.52 800(气化) +71.4 W WO2 褐 12.11 1277 +65.7 高价氧化物 CuO Mn2O4,Mn2O3 Fe3O4,Fe2O3 Ni3O4,Ni2O3 (CrO) (SiO) (Ti2O3) MoO3 WO3 四、碳化物 碳化物 HV T 熔/℃ TiC 3200 3410 ZrC 2890 3805 表2 NbC 2 3720 碳化物性质 VC TaC 2094 1800 2830 4150 W2C 3130 3000 Mo2C 2000 2690 WC 2500 2867 碳化物 HV T 熔/℃ MoC 2250 2960 Cr23C6 Fe23W2C6 Fe21Mo2C6 Cr7C3 1000-1520 1820 1520 分解 1780 分解 Fe3C Mn3C 1150-1340 1330 Fe4W2C 1890 五、火花的主要名称 -2- 1．火束 钢铁在砂轮机上磨削时产生的全部火花叫做火束。为了便于识别，又把整个火束分为根部、中部和 尾部三部分。火束由流线、节点、芒线、节花(苞花)、爆花、尾花等部分组成。 图 2 火束各部分的名称 2．流线 试件在高速砂轮上磨削的预粒，在高温下运行的轨迹就是流线。流线分为直线形、断续形、波纹形 和断续波纹形，其中波纹形不常见，有时在高速钢火花中会夹有波纹形流线。碳钢的流线都是直线形的；铬钢、 钨钢、高合金钢和灰铸铁的流线 火花流线图 直线流线：流线尾端到首端成一直线或抛物线。一般在结构钢及工具钢（合金元素少）中常见。 断续流线；流线呈断续虚线状。钨钢、高合金钢及铸铁中常见． 波状流线：整个流线中的某一端成波浪形线条．一般不易见到，有时在火束中夹杂一、二条。 3．节点 流线在途中爆裂的明亮而稍粗大的亮点称为节点和苞花．节点的温度较流线任何部分温度都高。节 点是含 Si 的特征。 4．芒线 爆裂当时发出的若干聚集短线叫做芒线，是连在流线上的分叉直线。随着含碳量的不同有二根、三 根、多根分叉之分。 图 4 火花芒线．苞花(节花) 芒线中途又生节点并射出芒线，这样形成的花叫节花(流线在途中爆裂的明亮而稍粗大的亮点 称为节点和苞花)。一次爆裂的芒线叫一次节花．在一次芒线上又发生爆裂时形成的爆花叫二次节花，所以爆花 可分为一次节花、二次节花、三次节花。苞花是含 Ni 的特征 5．爆花 是碳元素专有的火花特征，是熔融颗粒在爆裂时在流线上由节点和芒线所组成的火花形状。爆花随 着流线上芒线的爆裂情况有一次、二次、三次、多次之分。爆花分布在流线上。爆花形象随钢中碳含量而变化， 粉碎状的花粉随碳含量的增高而增加。爆花在火花鉴别中占有重要地位。 一次爆花：在流线上首次爆裂的较细长的芒线，即只有一次爆裂的芒线，花型较简单，有两叉、三叉和多叉几种， 简称一次花。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。 二次爆花：在一次花的芒线上又发生一次爆裂，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。 二次花是含碳量 0.3-0.6%的碳钢的火花特征。 三次爆花(多次花)：在二次爆花的芒线上再一次(或数次)呈现爆裂所呈现的极为细小而复杂的火花形式 ，称为 -3- 三次花（或），这种爆花是含炭量 0.65%以上的碳钢的火花特征。 图 5 火花爆花图 图 6 爆花的各种形式 6．花粉 分散在爆花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。 7．尾花 尾花是流线末端特征，可分为狐尾尾花、枪尖尾花、菊花状尾花、羽状尾花等。狐尾尾花一般是钢 中含钨的特征，其亮度和粗细程度比流线其他部位更明亮、更粗一些，狐尾尾花的数量及长度与钢中含钨量成反 比。枪尖尾花一般认为是钢中含钼(约 1%)的火花特征，其特点是在流线末端呈明显的下垂脱离状，但也不是在 所有的含钼钢中都能看到，有时在一些不含钼的钢中也能见到枪尖尾花。应注意区别于一些不含钼的钢所产生的 在分叉上呈直线脱离的枪尖状尾花。钩状尾花为高含量硅 3%－5%的特征。 以下是尾花特征比较详细的说明： 图 7 尾花特征图 -4- 图 8 尾花特征详图 (1) 羽尾花：表示铸铁．流线细而短呈橙红色或暗红色。 (2) 直羽尾花：表示是含硅很少的碳钢．芒线呈直线形状，色亮白、稍带橙色。 (3) 枪尖尾花：表示是含钼的钢．含钼越多，竹叶和流线脱离得越远，流线呈橙红色，尖端成竹叶形状。 (4) 苞尾花：表示是铬钼钢和高锰钢，形状像喇叭花，色黄，有时是橙红色。 (5) 狐尾花：表示是钨钢和高速钢。 (6) 菊尾花：表示是铬钢；流线末端裂成菊花形状，芒线和节花分岔极多，花粉密，分岔上有小花，颜色橙黄。 六、色泽及火花鉴别 火花颜色的明暗表明了颗粒运行的温度，火花为亮的黄白色、亮白色表明温度高，暗红色则是温度低。颗粒 的氧化性能及氧化程度有关。 表 3 钢铁的温度色 温度/℃ 颜色 525 白天可见红色 581 日光下可见红色 700 暗红色 800 过渡樱桃红色 900 正樱桃红色 1000 高亮樱桃红 1100 橘红 1200 橘黄 1300 白色 1 亮白色 1500 高亮度白色 1600 淡蓝的白色 -5- 火花组成单位 流线 火花的鉴别 参数 特征判别 颜色 白亮；碳钢 橙色和红色：合金钢或铸铁 形状 直线状流线；碳钢 断续状或波纹状：镍铬钢或高速钢 长短 碳钢含碳量越多，流线就越短 铸铁和高速钢的流线比碳素钢短 有无 有节花：碳钢 无节花：高速钢 形状 节花呈星形而夹绒球：含锰碳钢 节花呈苞状：镍钢 七、碳及合金元素对火花特征的影响 （一）碳钢火花特征 碳钢火花特征如下表所示。主要考虑流线长短、粗细、色泽及爆花数量、花形、大小、花粉等。纯铁火花流 线少、短而粗，无爆花。随铁的纯度不同，花束中也杂有二、三根分叉，但强度较弱，角度较小，爆花芒线较细。 碳钢的火花是直线流线，火束呈草黄色。火花特征的变化规律是随着含碳量的增高，由挺直转向抛物线形，流线 量逐渐增多，其长度缩短，线条变细，芒线逐渐细短，并由一次爆花转向多次爆花，花数、花粉逐渐增多，色泽 随含碳量的增高砂轮附近的晦黯面积越大。 表 5 碳钢的火花特征 W(C) 流 线 (%) 颜 色 亮 度 长 度 粗 细 数 量 形 爆 花 磨砂轮时 状 大 小 花 粉 数 量 手的感觉 0 亮黄 暗 长 粗 少 无 爆 花 软 0.05 二根分叉 小 无 少 0.1 三根分叉 无 0.2 多根分叉 无 0.3 二次花多分叉 微量 0.4 三次花多分叉 稍多 0.5 亮 长 粗 大 0.6 0.7 0.8 0.8 黄橙 暗 短 细 多 复杂 小 多量 多 硬 1．碳钢火花特征的总体概括 (1) 纯 铁：火束较长，尽头出现枪尖形尾花，流线细且少，火束根部有极不明显的波状流线与断续流线) 低碳钢：流线少、线条粗且较长，具有一次多分叉爆花；芒线稍粗，色泽较暗呈草黄色，花量稍多，多根分 叉爆裂，多为一次花，发光一般，无花粉，如图 9 所示。 -6- 图 9 20 钢火花示意图 (3) 中碳钢；流线多而稍细且长，尾部挺直具有二次爆花及三次爆花，芒线较粗，能清楚地看到爆花间有少量花 粉，火束较明亮，颜色橙，如图 10 所示。 图 10 45 钢火花示意图 (4) 高碳钢：流线多且细密，火束短而粗，有三次和多次爆花，芒线细而长，其中花粉较多，整个火花束根部较 暗，中部、尾部明亮，如图 11 所示。 图 11 T10 钢火花示意图 2．碳钢火花特征的细节说明 (1) 纯铁的火花流线量少且短而粗．根部与尾部颜色粗细有较大的差别．虽无爆花，但因纯度不同，花束有时也 稀落地夹有二、三分叉的爆花，爆裂微弱，角度较小，芒线%的碳钢，火花束流线粗，呈弧形，长度中等，数量中等较少，呈草黄带红的色泽，爆花量少， 呈三、四分叉的一次花形式，爆裂强度较弱，芒线较长，爆花位于流线的中尾部之间．流线与爆花明晰，无杂乱 现象。 -7- (3) Wc 0.15-0.20％的碳钢，火花束呈草黄带微红色，根部与尾部的色泽较中部稍暗．火束流线仍较粗，略带弧 形，数量较多而稍长，在爆花的芒线上有明显的呈直线脱离的枪尖尾花．爆花量与碳量并增，呈一次多分叉单花 形式，爆裂角度较大，芒线粗长，并有明亮节点，有时出现一、二枝二次爆花的芒线％的碳锅，火花束色黄而较明亮，流线较细长，量多且直；爆花呈多分叉二次花，爆裂强劲， 在流线尾部及中尾部有节点；大型爆花后有二、三层枝状爆花，爆花量较多而密集，并带有少量花粉，芒线较细 密而长，根部有小型爆花与稍暗的流线％的碳钢．火花束流线挺直而强劲且量多而细长，尖端分叉；大型爆花多，位于流线尾端，爆裂强 劲，大型爆花后有强的枝状爆花；芒线细长且有较多花粉。火花束明黄色。 (6) Wc0.70-0.80％的碳钢．火花束流线直而短细，量多；火花黄亮色，爆花为多根分叉，多量三次花，花形由 基本的星形发展为三层迭开，花数增多，芒线细不甚密，芒线％的碳钢，随着碳的质量分数增加，火花束流线增多的趋势逐渐缓慢，流线逐渐变多变细，火 花束较前更短而粗，颜色由橙黄色变成暗橙色，爆花和花粉级慢增多，花形逐渐缩短。 3．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。 4. 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。 5. 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。 (二) 合金元素对火花特征的影响 1．合金元素对火花特征影响分类 金属材料在高速砂轮的磨削作用下，产生微粒并在空间飞溅过程中氧化燃烧。由于各种元素氧化燃烧所产生 的能量不同，在火花图中能显现其各自不同的火花特征。尤其是一些元素与碳元素共同存在时，所产生的作用差 异更能反映出来。一些元素能帮助碳元素产生爆裂火花，另一些元素却抑制或者熄灭碳元素的爆裂火花。 (1)助长爆裂火花元素： 助长爆裂火花的元素有：C 、Cr、Mn 、V 、B 等。这些元素的微粒由于砂轮磨削产生高热，生成一次爆裂 火花，随即形成金属氧化物，并放出大量热能，导致发生二次爆裂火花，三次爆裂火花，甚至多次爆裂火花的特 征。尤其是碳元素，随着其含量的增加，每次爆发爆花爆裂的间距愈密，则其时的间隙就愈短少，同时产生的碎 花、花粉、芒线的机会也随之增加。 (2)抑制爆裂火花元素： 抑制爆裂火花的主要元素有：W 、Co 、Ni 、si 、Al 、Cu 等。当金属材料经过砂轮磨削以后，在氧化物 生成前，首先使碳化物分解。在分解过程中，必须供以一定量的热能，以达到碳化物分解时所需的能量，否则其 分解困难，材料微粒的氧化就会被缓和下来。所以对于含有抑制爆裂火花元素的金属材料，只有加重磨削压力， 才能显现其独特的火花特征。 抑制爆裂火花的元素与碳同时存在于金属材料中时，不仅不能帮助碳元素产生爆裂火花，相反如果这些元素 含量愈高．则更为抑制，甚至熄灭碳元素的爆裂火花特征，并且明显地发生着各种不同形式的特殊的火花特征。 金属元素助长爆裂火花或抑制爆裂火花的影响，在火花图上形成的爆裂强度、爆花花势、色泽、卷轮花等均 能产生变化迁移。 爆裂强度——金属元素含量的变化，对火花图节点特征的影响。主要反映在节点形态的大小，数量变化的多少， 以及其光度的亮弱程度。 爆花花势一一主要反映在流线上面爆裂的芒线、节花、爆花．碎花、花粉等形态大小与数量的多少。 色 泽——金属元素成分的不同，含量的多少，影响火花图明与暗、深与浅等各种不同的光色。 -8- 卷 轮 花一一环绕在高速旋转砂轮周围的零星流线、节点、芒线、节花、爆花、碎花、花粉等 2．部分合金元素对火花特征的影响 在碳钢的基础上加入合金元素，合金元素将对钢的火花特征产生影响，部分合金元素在火花中的特征及其对 碳素钢火花特征的影响见表 6。 表 6 部分合金元素对火花特征的影响 合金 元素 对暴 裂的 影响 Mn 低 Cr 助长 根部 色泽 黄 － 流 色泽 低 C 白亮 黄亮 低 C 白亮 高 C 明亮 线 粗 长短 细 低 Mn 长 高 Mn 短 粗 低C长 高C短 － 爆 多 少 多少 低 Mn 多 高 Mn 少 低C多 高C少 多而 整齐 较大 芒线 白色 细长 － 花 花粉 高C多 高C有 特 征 － － 触感 抗力 － － V － 黄亮 －－－ 多细 － － － 红色 W 暗红 橙红 中细少 少 没有 断续流线狐尾 硬 秃尾 Mo 深橙红 － 长细－ 少 橙红 没有 枪尖[W(Mo)1.0%, 硬 细 低 C] Si 抑制 － 高 Si 橙黄 短 粗 － Ni － 黄 短细－ 流线尖端白亮点 少 白色 没有 (低 C) 不太 短 钩状尾花(高 Si 硬 低 C) 黄色 流线上出现鼓肚 少 没有 硬 细 (低 Ni,低 C) 高 Cr － 黄 短 － 较少 少 － 没有 - 硬 部分合金元素在火花中的特征： (1) 钨 由于钨的碳化物稳定性好、熔点很高，导热性较差，在钢粒飞离砂轮的运行过程中，与钢中的碳发 生还原生成 CO 的反应受到抑制，所以在抑制火花爆裂元素中，钨的抑制作用烈。Ww 达到 1.0％左右时，钢 的爆花明显减少。当 Ww＞2.5％时，爆花呈秃尾状。钨对火花爆裂抑制作用，还和钢中的其他元素及含量有关。 如含碳量低时，Ww 4％－5％的钢就几乎完全抑制火花的爆裂。钨钢火花流线尾端呈狐尾花。当 Ww 在 1％-2％时， 狐尾花为明显，随 Ww 的逐渐增加，流线的数量及长度将逐渐减少。Ww 在 5%－8%的钢，孤尾花时有时无；Ww 更高时，孤尾花就很少出现，甚至完全消失。另外，由于钨的存在会使钢的火花色泽变暗。当 Ww＞5％时，火花 几乎全部呈暗红色。钨钢火花的色泽不仅与 Ww 有关，还与 Wc 有密切关系。Wc 越高，钨钢火花的红暗色就越早 出现。 (2) 钼 钼具有较强的抑制火花的爆裂、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 Wmo 较高时，火花呈深橙色，高钼钢没有枪尖花。钼钢枪尖花出现不仅与 Wmo 有关，还与 Wc 有关。Wc 越低，枪 尖花越明显，钼钢中 Wc 在 0.5％左右时，枪尖花就不易出现。 (3) 硅 硅抑制火花的爆裂作用较钼弱．当 Wsi 2%－3％时，这种抑制就较明显。由于硅存在能使火花爆裂 芒线变短，如钢中 Wsi 3.5％－4.5％，Wc 在 0.10％左右（如硅钢片）时，就只能在火花束中发现一、二根单芒 线的爆花．并出现白色明亮的闪点。硅锰弹簧钢流线粗而短，芒线少且短粗，火花色泽呈橙红色。火花试验时手 感抗力较小。 (4) 镍 镍对火花爆裂的抑制作用较弱，使火花束缩小且不整齐，芒线较碳钢细。镍能细化流线，随 Wni 提高，流线数量和长度将减少，色泽变暗。低镍钢的特征是流线上出现鼓肚，但 Wc 较高时(0.5％以上)时,此现 象消失。 (5）铬 铬对火花的影响比较复杂，对于低铬低碳钢，铬对火花有较强的促进作用，火花呈亮白色，并增加 流线数量和长度；爆花为一、二次花，花型较大。由于低铬能助长爆裂，如不细心，会将该钢的 Wc 估计过高。 对于 Wc 较低的低铬钢，铬能助长爆裂的作用不显著，甚至能阻止枝状爆花的发生，流线短而量少，火花束仍然 -9- 明亮。加入多量铬以后，无沦爆裂强度、流线长度和数量都将减少，色泽也变暗，若钢再含有抑止和助长爆裂其 他元素，则判别就变得更加复杂。因此，判断铬的含量必须要有丰富的经验，或用其他方法配合进行鉴定。 (6）锰钒 锰钢火花的爆裂强度强于碳钢，爆花位置比碳钢离砂轮远。当钢中 Wmn 稍高时，火花较整齐，颜 色也比碳钢黄亮；在 Wc 较低时呈白亮色，爆花核心有较大而亮白的节点，花型较大，芒线稀、长而细；当 Wc 较高时，爆花有较多的花粉。低锰钢的流线粗长，量较多。高锰钢的流线粗短而量较少。由于锰是促进火花爆裂 的元素，所以有时会把钢的 Wc 估计偏高，因而对 Wc 较低的钢进行判别时应加以注意。 (7) 钒 钒是助长火花暴裂的元素，火束呈草黄色使流线变细。 八、火花鉴别的设及操作方法 1. 以往比较正规的火花鉴别 火花鉴别使用的设通常用手提式和台式两种砂轮机，通常选用中等硬度 36 号～60 号普通氧化铝砂轮。不 宜使用碳化硅或白色氧化铝砂轮。 火花鉴别时要有相对应的标准钢样，以便在试验过程中对有疑问的样品进行比较，以防操作错觉和误判。 火花鉴别是以火花的形状及颜色为依据的，所以试验者应戴无色平光防护镜，宜在暗处进行，光线不能太强， 以免光线直射影响火花的色泽和清晰度． 台 式 砂 轮 直 径 应 在 200-250mm 范 围 ， 手 提 式 砂 轮 直 径 应 在 100-150mm 范 围 ， 砂 轮 转 速 宜 控 制 在 2800-0r/min ，压力要适中，注意手感力，要使火花略高于水平方向发射，以便于仔细观测火花束的长度和 各部位的花形特征。由于火花束的形成受砂轮线速度的影响，所以当砂轮磨损直径变小时，必须进行更换。检验 碳含量较多的钢火花时注意观察单线上多次火花爆裂特征，以判断钢的含碳量。 手提砂轮携带方便，且可使火花束散开，利于观察单条火花形象。台式砂轮磨出来的火花与人观察的视角不 相适应，较不方便，手提式砂率为 0.1－0.3kw ，台式为 0.5－1.0kw 。 2.现在及现场的火花鉴别 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 φ 150～200mm。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。 九、常用钢的具体火花特征： 20 钢 火束呈橙黄带红色泽，发光适中。流线稍多而细长些，自根部起逐渐膨胀壮大，至尾部又渐收缩，尾部带下 垂，微有再生明亮的微型尖形节点，隐匿不显，但不是钼元素特征。 爆花形式为多根分叉一次星形爆花，渗杂着四根分叉一次星形爆花和三根、四根分叉的二次星形爆花，花角 狭小，附有单芒线，芒线较粗短，少量的附生花粉隐约可见。 全体呈桔红色泽，花数约占总体的五分之一强，火花图光度较强。 - 10 - 图 12 20 钢火花图 图 13 20 钢火花示意图 45 钢 火束呈较明亮的橙黄色泽．发光大。流线多而细长，，火束短。自根部起逐渐膨胀粗大，尾部略带下垂，微 隐再生明亮的长形节点，已不显明。 爆花形式为四根分叉三次星形爆花，渗杂着三根分叉和五根分叉三次星形爆花，花角较大。附有单芒线，芒 线较多稍细长，附生的花粉较多且清晰，有少盘的小型碎花，布于星形爆花附近。 全体呈橙红色泽，火花盛开花数约占总体五分之三弱，爆花花势增大，趋于盛开姿态，使星形爆花开始扩展 呈大星形，爆裂强度较高。 图 14 45 钢火花图 图 15 45 钢火花示意图 60 钢 火束呈明黄色泽；根部稍暗、中部明亮、尾部为橙黄色泽，光度明亮。流线多而细长，自根部起逐渐膨胀粗 大，流线尾部趋向平直状态，微隐再生明亮的节点，已不显明。 - 11 - 爆花形式为多根分叉三次星形爆花，渗杂着六根分叉三次星形爆花，花角甚大。附有许多单芒线且细长。附 生的花粉甚多，显明清晰，很多的小、中型碎花布于星形爆花近旁。 全体呈明亮橙黄色泽，花数约占总体四分之三弱，爆花花势盛开，趋于层复花，呈大星形爆裂强度甚高，火 花图光度较强。 图 16 60 钢火花图 T7 钢 火束呈黄色稍带红色；根部暗红，中部较亮、尾部渐渐减弱，光度稍明亮。流线多而细密，根部起逐渐膨胀 粗大，流线不长，尾部较平直。火束由于含碳量高，其长度渐次缩短而粗，发光渐次减弱。 爆花形式为多根分叉三次星形爆花和少量的多根分叉三次花的微型碎花爆花，花角甚大，附生繁多单芒线和 花粉，小、中型碎花布于星形爆花近旁。研磨时手的感觉稍硬。 全体呈明亮橙红色泽，花数约占总体五分之四以下，爆花花势旺盛美观，花形由基本的星形发展为三层叠开， 爆裂强度很高，火花灿烂，火花图光度稍强。 图 17 T7 钢火花图 T10 钢 火束呈橙红色；根部色泽暗淡、中部明亮，尾部渐而减弱，光度较 T8Mn 钢稍暗淡，流线极多而很细密，自 很部起逐渐微带膨胀粗大，流线稍短．尾部平直。 爆花形式为多根分叉三次星形爆花和较多的多根分叉三次花的中型碎花，单芒线，花粉繁多密集，整体火花 图主要有芒线、花粉、碎花等组成，形态和色泽很美丽，非常繁茂又十分清晰。 全体呈暗橙红色泽，花数约占总体六分之五以上，爆花花势旺盛．层复花三层叠开，核心爆花压缩，爆裂强 度稍弱，火花灿烂，火花图光度不强。 - 12 - 图 18 T10 钢火花图 图 19 T10 钢火花示意图 T12 钢 整个火束呈暗橙色，光度较 T10 暗淡，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。花数约占总体七分之六以上， 爆花花势更旺盛。爆裂强度很弱，火花灿烂，火花图光度较 TIO 钢弱。摩擦中感觉材料较硬。 图 20 T12 钢火花图 - 13 - 40Cr 钢 火束呈橙黄色泽；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、芒线常呈分又状态。 全体呈白亮的橙黄色泽，花数约占总体二分之一，爆花花势增大，呈盛开的姿态．爆裂强度甚高。 图 21 40Cr 钢火花图 图 22 40Cr 钢火花示意图 38CrMoAl 钢 火束呈淡红色泽；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，微为下垂状态。 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。 流线尾部显现再次明亮的枪尖，构成枪尖尾爆花(钼元素特征）。爆花趋于压缩，但尚活泼。 全体呈橙黄色泽，爆花花量受铝元素影响而压缩抑制。花数占总体四分之一左右。爆花花势不旺，爆裂强度 较为软弱，火花图光度比较强烈。 - 14 - 图 23 38CrMoAl 钢火花图 CrWMn 钢 火束呈暗橙红色泽；根部为暗红，光度稍暗。流线稍多而细短，自根部起逐渐膨胀壮大，至尾部呈狐尾节点， 下垂成弧形，量多显明，根部为断续流线〔 钨元素存在的特征）。 受钨铬锰碳元素的相互影响，火花爆裂为稍多量的多根分叉二次菊星爆花和大星形爆花的交叉显呈。爆花核 心稍明亮，附生小碎花和花粉于爆花周围。流线尾部附穗及芒线，粗长灵活，构成狐尾爆花，活泼美观。 全体呈褐中透红色泽，爆花花势稍盛，爆裂强度低弱，花数约占总休四分之一强。磨削时手的感觉颇硬。火 花图光度比较低弱。 图 24 CrWMn 钢火花图 GCr15 钢 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。 火束呈淡橙红色泽；根部为樱红色,光度适中。流线极多、稍长而细密，自根部起至尾部略为膨胀，微带下 垂。 受碳铬元素和少量锰硅镍铜元素彩响，爆花形式为多根分叉三次菊星爆花的多层复花。花芯较明亮，爆花周 围附有很多碎花，花粉，芒线，碎花二、三层重叠开花，芒线多而细短。 全体呈亮橙红色泽，花数约古总体六分之五以上，爆花花势旺盛，爆裂强度稍弱，花角甚大，火花灿烂，离心铸造火 花图光度较强． - 15 - 图 25 GCr15 火花图 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。 火束呈樱红色泽：根部微带朱红色，光度微明而又暗弱。流线很多，较挺直细长。自根部起逐渐膨胀壮大， 尾部隐显微量的再生明亮勾形节点。 受硅铬元素影响，爆花形式以四根、多根分叉一次喇叭花为基础，夹杂一次和二次菊星爆花所构成大、中、 小型爆花形态、爆花间附生挺直芒线于分叉尖端，花芯布有多量花粉和小型碎花，花角较大、在爆花核心与后位 处呈自色鼓形的闪亮节点(硅元素特征)。 全体呈深樱红色泽，爆花花数约占总体五分之三弱，爆花趋密稍盛．有复花形式产生．爆裂强度一般强烈，离心铸造 火花图光度较强． 图 26 9SiCr 火花示意图 - 16 - 图 27 9SiCr 火花图 Cr12 钢 火束呈暗橙红色泽；根部微带褐红色．光度极暗强。流线稀疏不多，细而短．流线中时有断续流线发生，流 线尾部略为粗大。 受高铬影响，爆花形式呈多根分又三次菊星碎花花型的爆花形态。附有花粉，细小碎花和短葱芒线，尾部有 尖长形芒线显现。 全体呈褐中透红色泽，花数约占总体三分之一，爆花花势虽不盛，但为多层层复花形式，显呈微、小、中、 大不等的火花球爆裂，爆裂强度很弱。磨削时有较多卷轮花．手感觉试件极硬，火花图光度非常低弱。 图 28 Cr12 火花图 3Cr2W8V 钢 火束呈暗红色泽；中部为暗褐色，光度很暗弱，仅尾部稍明亮些。流线长度稍短，量稀少，自根部起逐渐膨 胀壮大至尾部呈秃狐尾节点，流线根部常以断续流线显现。 因受高钨影响，火花爆裂完全受到抑制而匿灭。芒线为秃狐尾形式，细短稀少，尾部有明显的附穗及断续的 干芒，形态为点状狐尾爆花和狐尾爆花，附穗接近于砂轮。 全体呈深褐红色泽，爆花几无，爆裂强度极低弱，磨削时手的感觉极硬，火花图光度非常微弱。 - 17 - 图 29 3Cr2W8V 火花图 5CrNiMo 钢 火束呈橙红色泽；根部微带暗红，光度稍明。流线较多且细长，自根部起逐渐膨胀，至尾部壮大呈竹叶状节 点（钼元素存在的特征）。 受铬镍钼元素影响，爆花形式为五根、六根、多根分叉一次，二次多层的小型菊星爆花形态。碎花多而细， 附有少量花粉，芒线短促。以三、四层层复花形式产生（铬的特征）。爆花芯部时有明亮的椭形花苞（镍的特征）。 流线的尾部呈竹叶尾爆花和枪尖尾爆花（钼的特征）。 全体呈赤红色泽，爆花花势稍盛，爆裂强度比一般稍强，火花图光度较强。 图 30 5CrNiMo 火花图 50CrV 钢 火束呈淡橙黄色泽；根部带微红，中部甚明亮，发光大。流线甚多而细长，自根部起逐渐膨胀粗壮一些，微 带下垂。 受铬钒元素影响，爆花形式为四根分叉、五根分叉和六根分义的三次菊星爆花、爆花非常活泼和优美，花角 极大， 爆花核心显呈稍明的圆形节点。爆花爆裂后附生多量的大、中、小型碎花、花粉和芒线，芒线较长偶成 分叉状态，非常清晰显明，分布于爆花周围。 全体呈白亮橙黄色泽，花数约占总体四分之二以上，爆花花势盛开，爆裂强度很高，火花图光度明显增强。 - 18 - 图 31 50CrV 火花图 W6Mo5Cr4V2 钢 火束呈朱红色泽；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，至尾都突 然膨胀，呈孤尾而下垂成半弧形状态，其根部、中部以断续流线为主，偶呈波浪流线和附穗流线，尾部为狐尾、 点状孤尾和麦穗特征。 因受比较高量钨、钼的影响，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，芒线比较粗长显明。 全体呈暗橙红色泽，基础以比较细长的线条所组成，没有爆花花势，爆裂强度很弱小，手感觉试件甚硬，火 花图光度不甚强烈。 图 32 W6Mo5Cr4V2 火花图 W9Cr4V2 钢 火束呈赤红色泽；根部暗褐，光度很暗弱。流线较少，稍粗长，自根部起逐渐膨胀下垂，形成半弧形状态， 其根部、中部为断续流线，时呈波浪流线和较多的附穗流线及断续干芒所形成的狐尾花。 受较高含钨的影响，钢中所含铬、钒及高碳量等元素的特征均被压抑或中和变态，几无火花爆裂，偶而出现 三、四枝狐尾芒线分叉的穗狐尾爆花，因为它具有良好的膨胀性，加之爆花色泽较明亮．所以非常清晰易见。 碳素火花被隐匿，显出含钨量很高，根部时有附穗分布于砂轮近处，中部为穗形狐尾．尾部以狐尾爆裂显呈。 全体呈褐红色泽，以稍粗长的线条为主体，没有爆花花势，爆裂强度弱小，手感觉试件很硬，火花图光度不 甚强烈。 - 19 - 图 33 W9Cr4V2 火花图 W18Cr4V 钢 火束呈赤橙色泽；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．其根部和 中部为断续流线，有时呈波浪流线。 受高钨的影响，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，花量几无。它的流线Mo 长而量少，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。 全体呈暗褐红色泽．以细长线条为主体，没有爆花花势，爆裂强度极弱小，手感觉试件甚硬，火花图光度亦 很低弱。 图 34 W18Cr4V 火花图 - 20 - 图 35 W18Cr4V 火花示意图 W12Cr4V4Mo 钢 火束呈赤红色泽；根部暗红，光度很暗弱。流线不多，较粗长，自根部起逐渐膨胀下垂，其根部、中部为断 纯流线和波浪流线，尾部色泽较明亮，有明显的附穗及断续干芒所形成的狐尾花。 因受高钨的影响，钢中所含铬、钒、钼及高碳等元素的特征均被压抑或中和变态，几无火花爆裂，偶而出现 爆花形式为三、四枝狐尾芒线分叉的点状狐尾爆花和穗狐尾爆花，由于碳元素被隐匿，显示出含钨很高。附穗分 布于近砂轮处，显示含铬元素。流线中有麦穗流线，显示钼元素。 全体呈暗橙褐红色泽，以粗长线条为主体，几无爆花花势，爆裂强度很弱小，手感觉试件很硬。火花图光度 不十分强烈。 图 36 W12Cr4VMo 火花图 十、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）。 - 21 -
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