火花鉴别法

火花鉴别法

2010-02-01 09:45:59 阅读9 评论0 字号:

 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{dy}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xx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,{jd0}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xx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)。

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