鋼鐵材料的火花鑒別實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

年4月19日鋼鐵材料的火花鑒別實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書文檔僅供參考，不當(dāng)之處，請(qǐng)聯(lián)系改正。實(shí)驗(yàn)四鋼鐵材料的火花鑒別一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模ㄒ唬┻\(yùn)用火花鑒別法檢查鋼鐵材料的原理方法（二）了解鑒別常見鋼鐵材料的斷口分析方法。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備與材料1．臺(tái)式砂輪機(jī)：選用46~60粒度、中等硬度的普通氧化鋁砂輪，砂輪直徑為150~200mm，厚度為25mm.。2．試樣：20、45、T12、W18Cr4V、HT300等材料的試樣若干。三、實(shí)驗(yàn)概述：火花鑒別法就是運(yùn)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(lái)區(qū)別材料成分的方法?；鸹ㄨb別法快速簡(jiǎn)便，應(yīng)用面廣，對(duì)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(shí)，對(duì)碳鋼火花影響不明顯；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(shí)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(diǎn)、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(huì)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(gè)流線中的某一端成波浪形線條。 )直線流線c) 波浪流線圖4-2流線示意圖2）節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)是較流線明亮而粗大的閃亮點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)常在流線的中途發(fā)生，有時(shí)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(diǎn)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，因此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(shí)，就叫做多次爆花。a)—次爆花 b)二爆花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。尾花一般包括四種，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(shí)，鋼材表面被切削下來(lái)的鋼末以高速拋射出來(lái)，這些鋼末在運(yùn)行中與空氣摩擦而溫度升高，有時(shí)甚至能達(dá)到鋼的熔點(diǎn)溫度。這些高溫鋼末在空氣中運(yùn)行時(shí)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)，因此能夠根據(jù)火花束中的爆花、流線、色澤、尾花等特征來(lái)定性地判斷鋼材的化學(xué)成分。3.各元素對(duì)火花形態(tài)的影響①碳對(duì)火花形態(tài)的影響因?yàn)楸ㄊ翘嫉娜紵⒈言斐傻?。因此，在不含合金成份的碳素鋼中，火束中的爆花形狀和爆花的?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(zhǎng)度和粗細(xì)變化不大；但從中碳至高碳范圍，流線長(zhǎng)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程度逐步降低，色澤變暗。② 硅對(duì)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(shí)踐證明，硅對(duì)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(shí)，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(duì)比中，完全能夠證實(shí)。鋼材在砂輪上研磨時(shí)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(jiān)實(shí)，氣態(tài)氧化碳累計(jì)到較大程度時(shí)才能爆裂，一經(jīng)爆裂，則爆裂程度較大。當(dāng)含硅量增高時(shí)，它對(duì)火花形態(tài)的影響，又發(fā)生了變化。含硅量在1％以上，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(diǎn)明亮，爆花表現(xiàn)為苞花形式。③鉻對(duì)火花形態(tài)的影響一般認(rèn)為鉻是助長(zhǎng)爆裂元素，其實(shí)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(duì)火花發(fā)生不同程度的影響。含鉻1％左右，含碳量不高時(shí)，它的確有助長(zhǎng)爆裂的作用，20Cr鋼與20碳鋼的火花對(duì)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(diǎn)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(dòng)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，爆裂強(qiáng)度有所降低。含碳量不高，含鉻量增加時(shí)，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(lái)說(shuō)，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(shí)，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(wú)數(shù)層次的細(xì)樹枝狀爆裂。4.常見鋼鐵材料的火花特征①20鋼火束呈黃帶紅色澤，流線稍多而細(xì)長(zhǎng)，尾部下垂，有少量節(jié)點(diǎn)和爆花，爆花多為一次爆花，滲雜著少量的二次爆花，見圖4-6。②45鋼火束較明亮的橙黃色澤，流線多而細(xì)長(zhǎng)，尾部略帶下垂，節(jié)點(diǎn)和爆花增多，爆花多為三次爆花，見圖4-7。圖4620鋼的火花圖 圖475鋼的火花圖③12鋼火束呈紅色澤部暗紅部稍亮尾部而減弱流平多十細(xì)密流較短，尾部直，爆多且為次爆花見圖-8。圖4-8T12鋼的火花圖 圖4-9HT300的火花圖④ 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。⑤ 20Gr和40Gr這兩種鋼號(hào)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(hào)。以20Cr和400r的應(yīng)用最為常見。它們的含鉻量均在0.70～1.1%之間，含碳量也不很高，這時(shí)鉻的存在表現(xiàn)出助長(zhǎng)爆裂的作用。這些鋼號(hào)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(diǎn)更為明晰。如果將20Gr與20號(hào)碳素鋼、40Cr與40號(hào)碳素鋼的火花對(duì)比—下，就能發(fā)現(xiàn)這些特點(diǎn)(圖4-10、4-11)。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)比較缺乏時(shí)，最好借助