火花鑒別法是將被試驗的鋼鐵材料與高速旋轉的砂輪接觸,根據鋼鐵材料在磨削過程中所出現的火花爆裂形狀、流線、色澤、發火點等特點區別鋼鐵材料化學成分差異,來近似地確定鋼鐵的化學成分的一種方法。 (一)火花產生的機理 鋼鐵材料在一定的壓力下,放在砂輪上摩擦,由于砂輪的磨削作用,鋼鐵成屑末狀脫離試件,并且沿著砂輪與材料接觸點的切線方向作高速運動。同時被磨削熱加熱成熔融狀態,形成光亮的流線,當流線中熔融狀態的金屬顆粒與空氣中的氧接觸時表面被強烈氧化,形成一層FeO薄膜。鋼中的碳在高溫下極易與氧發生反應,FeO+C→ Fe+CO,使FeO還原;被還原的Fe將再次被氧化,然后再次還原;這種氧化一還原反應循環進行,會不斷產生出CO氣體,當顆粒表面的氧化鐵薄膜不能控制產生的CO氣體時,就有爆裂現象發生從而形成火花。爆裂的碎粒若仍殘留未參加反應的FeO和C時,將繼續發生反應,則出現二次、三次或多次爆裂火花。鋼中的碳是形成火花的基本元素,當鋼中含有錳、硅、鎢、鉻、鉬等元素時,它們的氧化物將影響火花的線條、顏色和狀態。根據火花的特征,可大致判斷出鋼材的碳含量和其它元素的含量。 (二)火花產生的方式 以往研究火花鑒別是采用專用電動砂輪機,其參數:功率為0.20~0.75kW,轉速高于3000r/min,所用砂輪粒度為40~60目,中等硬度,直徑為φ150~200mm。磨削時施加壓力以20~60N為宜,輕壓看合金元素,重壓看含碳量。這種方法需將鋼件制成小試樣便于手持磨削,現場應用受到一定限制。 對于生產現場的工件可采用風砂輪或電動砂輪進行對比火花鑒別,即將工件與已知成分的鋼件試樣對比磨削,觀察火花的一至程度,來確定鋼鐵的化學成分。這種方法需制作一定數量已知化學成分的小試樣。 (三)火花鑒別的要點 鋼鐵中的含碳量主要是根據火花的爆裂情況加以鑒定的。碳鋼中的含碳量越高,火花越多,火束越多。對合金鋼,由于各種合金元素對火花形狀、顏色產生不同影響,因而也可基本上鑒別出合金元素的種類及大概含量。但不象碳素鋼那樣容易和準確。 火花鑒別的要點是:詳細觀察火花的火束粗細、長短、花次層疊程度和它的色澤變化情況。注意觀察組成火束的流線形態,火花束根部、中部及尾部的特殊情況和它的運動規律,同時還要觀察火花爆裂形態、花粉大小和多少。 (四)火花的組成 1、火花束:火花束是指被測材料在砂輪上磨削時產生的全部火花,常由根部、中部、尾部組成。 2、流線:從砂輪上直接射出的好像直線的火流稱為流線。每條流線都由節點、爆花和尾花組成。 3、節點:節點就是流線上火花爆裂的原點,呈明亮點。 4、爆花和芒線:爆花就是節點處爆裂的火花。組成爆花的每一根細小線叫芒線。鋼的化學成分不同,尾花的形狀也不同。通常,尾花可分為狐尾尾花、槍尖尾花、菊花狀尾花、羽狀尾花等。 一般爆花有以下三種類型: ①一次爆花(簡稱一次花):在流線上的爆花,只有一次爆裂的芒線,花型較簡單,有兩叉、三叉和多叉幾種。一次爆花是含炭量0.25%以下的碳鋼的火花特征。爆花分叉的增加說明鋼中含碳的增多。 ②二次爆花:在第一次爆裂的芒線上,又一次發生爆裂所呈現的爆花形式,稱為二次花。它也隨含碳量的不同分為三叉、四叉和多叉幾種。二次花是含炭量0.3-0.6%的碳鋼的火花特征。 ③三次爆花與多次花:在第二次爆裂的芒線上再一次(或數次)爆裂所呈現的極為細小而復雜的火花形式 ,稱為三次花(或多次花),這種爆花是含炭量0.65%以上的碳鋼的火花特征。 5、花粉:它是分散在爆花的芒線間和周圍的點狀火花。這種花粉只有在含炭量超過0.5%的鋼中才出現。 (五)鋼中合金元素對火花的影響 鋼中加人合金元素后,火花特征將發生變化。Ni、Si、Mo、W等合金元素抑制爆花爆裂,Mn、V等合金元素則助長爆花爆裂。 鎢:抑制爆花爆裂作用最為強烈。鎢含量達到1.0%左右時,爆花顯著減少,鎢含量為2.5%時,爆花呈禿尾狀。鎢使色澤變暗。鎢抑制爆花爆裂作用的大小,與鋼中含碳量有關,低碳鋼中鎢含量為4%~5 %時,鎢可完全抑制爆花爆裂。從火花色澤上看,鎢鋼中含碳量越高,越是呈暗紅色火花。 鉬:鉬具有較強烈的抑制爆花爆裂、細化芒線和加深火花色澤的作用。鉬鋼的火花色澤是不明亮的,當鉬含量較高時,火花呈深橙色。鉬鋼有沒有槍尖尾花,與含鉬量和含碳量有關,含碳量越低,槍尖越明顯。 硅:硅也有抑制爆花爆裂作用。當硅含量達2%-~3%時,這種抑制作用就較明顯,它能使爆裂芒線縮短。硅錳彈簧鋼的火花呈橙紅色,流線粗而短,芒線短粗且少,火花試驗時手感抗力較小。 鎳:鎳對爆花有較弱的抑制作用,使花形不整潔和縮小,流線較碳鋼細。隨鎳含量增高。流線的數量減少及長度變短,色澤變暗。 鉻:鉻的影響比較復雜。對于低鉻低碳鋼,鉻有助長火花爆裂、增加流線長度和數量的作用,火花呈亮白色,爆花為一、二次花,花型較大。對于含碳量較高的低鉻鋼,鉻助長爆裂的作用不明顯,并阻止枝狀爆花的發生,流線粗短而量較少,火花束仍然明亮。由于碳高,爆花有花粉。隨鉻含量增加,火花的爆裂強度、流線長度、流線數量等均有所減少,色澤也將變暗。鉻鋼中若含有抑制爆裂和助長爆裂的合金元素存在,則鋼的火花現象表現復雜,為判定鋼的鉻含量,需配合其它試驗方法。 錳:錳元素有助長爆花爆裂作用。錳鋼的火花爆裂強度比碳鋼強,爆花位置比碳鋼離砂輪遠。鋼中含錳稍高時,鋼的火花比較整潔,色澤也比碳鋼黃亮,含碳量較低的錳鋼呈白亮色,爆花核心有大而白亮的節點,花型較大,芒線稀少且細長。含碳量較高的錳鋼,爆花有較多的花粉。低錳鋼的流線粗而長,量較多。高錳鋼流線短粗且量少,由于錳是助長爆裂的元素,因此有時可能誤認為鋼的碳含量高。 釩:也是助長爆花爆裂的元素。 觀察火花是鑒別鋼的簡便方法。對于碳素鋼的鑒別比較輕易,但對合金鋼,尤其是多種合金元素的合金鋼,各合金元素對火花的影響不同,它們互相制約,情況比較復雜。 (六)常用鋼鐵材料的火花特征 碳是鋼鐵材料火花的基本元素,也是火花鑒別法測定的主要成分。由于含碳量的不同,其火花形狀不同。 1、碳素鋼火花的特征 ① 通常低碳鋼火花束較長,流線少,芒線稍粗,多為一次花,發光一般,帶暗紅色,無花粉。 ② 中碳鋼火花束稍短,流線較細長而多,爆花分叉較多,開始出現二次、三次花,花粉較多,發光較強,顏色橙。 ③ 高碳鋼火花束較短而粗,流線多而細,碎花、花粉多,又分叉多且多為三次花,發光較亮。 2、鑄鐵的火花特征 鑄鐵的火花束很粗,流線較多,一般為二次花,花粉多,爆花多,尾部漸粗下垂成弧形,顏色多為橙紅。火花試驗時,手感較軟。 3、灰鑄鐵的火花特征 火花束細而短,尾花呈羽狀,色澤為暗紅色。 4、合金鋼的火花特征 合金鋼的火花特征與其含有的合金元素有關。一般情況下,鎳、硅、鉬、鎢等元素抑制火花爆裂,而錳、釩鉻等元素卻可助長火花爆裂。所以對合金鋼的鑒別難掌握。 一般鉻鋼的火花束白亮,流線稍粗而長,爆裂多為一次花、花型較大,呈大星形,分叉多而細,附有碎花粉,爆裂的火花心較明亮。 鎳鉻不銹鋼的火花束細,發光較暗,爆裂為一次花,五、六根分叉,呈星形,尖端微有爆裂。 高速鋼火花束細長,流線數量少,無火花爆裂,色澤呈暗紅色,根部和中部為斷續流線,尾花呈弧狀。 下面是幾種常用鋼的具體火花特征: 20鋼 流線多、帶紅色,火束長,芒線稍粗。發光適中,花量稍多,多根分岔爆裂,呈星形,花角狹小,呈一次花多根分叉爆裂。 45鋼 流線多而稍細,呈黃色,火束短,發光大,爆裂為多根分岔,多量三次花量呈火星形,火花盛開花數約占全體五分之三以上,有很多的小花及花粉發生。 T7鋼 流線多而細,火束由于含碳量高,其長度漸次縮短而粗,發光漸次減弱,火花呈黃色稍帶紅色,根部暗紅,中部明亮,爆裂為多根分岔,多量三次花,花形由基本的星形發展為三層迭開,花數增多。研磨時手的感覺稍硬。 T12鋼 整個火束呈暗橙色,發光不大,愈近根部色澤和光度愈暗淡,流線多而極細密,火束更為粗短,爆裂為多根分岔,三次花的花量極多,三層、四層重迭開花,大量碎花和花粉。摩擦中感覺材料較硬。 CrWMn鋼 火束細而較長,發光稍暗,呈紅色,火花爆裂為稍多二次花,根部時有斷續流體產生,尾部呈狐尾花爆裂。 GCr15鋼 火束粗而較短,發光中度,其爆裂為多量較緊密的三次花,花心是火團,芒線多而細,附有很多碎花和花粉,全體呈橙黃色。 9CrSi鋼 火束明亮而長,呈橙黃色,流線粗而明亮,流線各部粗細近于一致,尾部有狐尾狀。火花爆裂多為三次花,花心明亮。 Cr12鋼 火束細而極短,發光較暗,火花爆裂為三次花,十多根分叉,多層復花形式,呈大星形,附有很多碎花和花粉。爆花很多,活潑美觀。尾部流線略微粗大。摩擦時材料感覺硬。 3Cr2W8V鋼 火束細而較短,發光暗弱,火花爆裂幾乎完全抑制,流線呈暗紅色,尾部有點狀狐尾花。 5CrNiMo鋼 火束較粗而明亮,發光中等,爆裂為三次花,三四根分叉為橙黃色,花心明亮并有花苞,尾部有槍尖尾花。 50CrV鋼 火束較粗而較短,呈橙黃色,發光大。爆裂為三次花,十數根分叉的層迭復花,呈大星形,芒線多而細,花粉較多,花心明亮。 W6Mo5Cr4V2鋼 火束短,呈赤紅色,流線各部粗細近于一致。極少量的火花爆裂。流線比其他高速鋼多。 W9Cr4V2鋼 火束長呈暗紅色,偶爾出現爆花,三四枝葉分叉,其跟部為斷續流線,尾部色澤明亮成狐尾狀花 W18Cr4V鋼 火束細長,流線數量少,色澤呈赤橙色或暗紅色,發光極暗,由于鎢的影響,幾乎無火花爆裂。其流線比W9Cr4V2鋼長而少,膨脹性小,中部和根部為斷續流線,尾部呈點形狐尾花。研磨時材質較硬。 W12Cr4V4Mo鋼 火束較W6Mo5Cr4V2鋼長而少,流線比W18Cr4V鋼粗而明亮,尾部明亮,有少量爆花。 (七)火花鑒別記憶法則 一叉碳少兩叉中,三叉出現超60(60鋼); 50(50鋼)流線長而亮,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、芒線多)看不清; 合金加入有變化,鉻(菊尾花)錳(星花)釩助長火花明(仿佛增加了碳量); 鎢鎳硅鉬抑制碳(亮度降低),狐尾苞花喇叭槍形(尾部特征)。 |