材料实验——钢铁材料的火花鉴别

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1、材料实验钢铁材料的火花鉴别采用不同方法鉴别钢材种类t一、实验目的1、运用火花鉴别法检查钢铁材料的原理方法 2、了解鉴别常用钢铁材料的断口分析方法t二、实验设备与材料t1台式砂轮机：选用4660粒度、中等硬度 的普通氧化铝砂轮，砂轮直径为 150200mm，厚度为25mm.。t2试样：20、45、T12、W18Cr4V、 HT300等材料的试样若干。火花鉴别法就是运用钢铁材料在磨削过程中，随着材料化学成分的差异，出现各种不同的火花特征来区别材料成分的方法。火花鉴别法快速简便，应用面广，对工件渗碳或渗氮处理的表面质量及表面脱碳程度也可作出定性的分析 。但钢中某些合金元素（如Ni、Cr、Mn等）含量

2、较低时，对碳钢火花影响不明显；另外一些合金元素（如S、P、Cu、Al、Ti等）尚不能用火花鉴别，且火花法分析总是定性的，因此具有一定的局限性。 1、火花的构成 钢铁材料在砂轮上磨削时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构成的火花束，如图6-1 所示。 火花束由流线、节点、爆花和尾花构成。 1）流线为火花束中线条状的光亮火花。 随着钢铁材料的化学成分不同，将会产生三种不同形状的 流线，如图所示。 （1）直线流线 流线从根部到尾部成一直线或一抛物线。 （2）断续流线 流线呈断续的虚线状线条。 （3）波浪流线 整个流线中的某一端成波浪形线条。 2）节点 节点是较流线明亮而粗大的闪

3、亮点。节点常在流线的中途发生 ，有时也在流线的尾部发生或在 流线间断后再发生，如图所示。（1）一次爆花 只有一次爆裂的芒线。 （2）二次爆花 在一次爆花的芒线上又一次发生爆裂。 （3）三次和多次爆花 在二次爆花的芒线上再一次出现 爆裂叫三次爆花；若在三次爆花的芒线上继续出现爆裂时 ，就叫做多次爆花。3）爆花 爆花是由铁末颗粒爆裂而产生的。爆花分布在流线上，它的 形状随含碳量，其它元素成分、温度、氧化性以及钢的组织 等因素的变化而变化，所以爆花在鉴别钢铁材料的火花中占 有很重要的地位。爆花的流线叫做芒线。爆花可分为一次、 二次、三次及多次爆花，如图所示。4） 尾花 在流线尾部末端所呈现的特殊形式

4、的火花统称为尾花。 尾花通常包括四种，有直线尾花、狐尾尾花、枪尖尾花和钩 状尾花等，见图所示。 （1）直线尾花 尾端和整根流线相同。 （2）狐尾尾花 流线尾端逐渐膨胀呈狐尾状的火花。 （3）枪尖尾花 流线尾端膨胀呈三角形枪尖状，且与流线脱 离的火花。 （4）钩状尾花 流线尾端象枪尖细小的钩状，且与流线脱离 的火花。2 火花的形成原理 当一块钢材与转速足够高的砂轮接触时，钢材表面被切 削下来的钢末以高速抛射出来，这些钢末在运行中与空气 摩擦而温度升高，有时甚至能达到钢的熔点温度。这些高 温钢末在空气中运行时呈现出一条一条的光亮线条，这就 是火花的流线。 由于钢铁材料中碳元素是火花形成的基本元素，

5、而一些 合金元素则能直接或间接地影响火花束的形态，所以可以 根据火花束中的爆花、流线、色泽、尾花等特征来定性地 判断钢材的化学成分。 3、常用钢铁材料的火花特征 1） 20钢 火束呈橙黄带红色泽，流线稍多而细长，尾部下垂，有 少量节点和爆花，爆花多为 一次爆花，渗杂少量的二次爆花。 2） 45钢火束呈较明亮的橙黄色泽，流线多而细长，尾部略带下 垂，节点和爆花增多，爆花多为三次爆花。图6-6 20钢的火花图 图6-7 45钢的火花图3） T12钢 火花束呈橙红色泽，根部暗红，中部稍明亮、尾部渐而 减弱，流线频多而十分细密，流线较短，尾部平直，爆花 多且为三次爆花。 4）20CrMnMo 火束呈橙

6、黄略带红色泽，根部淡红，中部明亮，尾部橙 红色，流线稍多略细长，爆花量少，一般为一次和二次爆 花，在流线尾部有明亮的枪尖，构成枪尖尾爆花。图 T12钢的火花 图 20CrMnMo的火花 5）W18Cr4V钢火束呈暗褐红色泽，根部暗红，光度极暗弱，流线细 长，量少，呈平直状态，其根部和中部为断续流线，有时 呈波浪流线，几乎无火花爆裂，仅在尾部略有少量狐尾爆 裂，形成点状狐尾爆花，见图。6） HT300铸铁火束呈橙红微带桔红色泽，流线多稍、粗段，根部较 细，至中部誉尾部处突膨胀扩粗，下垂成半弧形，爆花较 多，一般为二次、三次爆花，中间亦夹杂着一次爆花.图 W18Cr4V钢的火花图 图 HT300铸

7、铁火花图 实验方法与步骤1全班分成两组，每组领取20、45、T12、 W18Cr4V、HT300等材料的试样若干。 2实验时，试验者戴上无色平光眼镜。站在背 光的方向，将试样沿砂轮圆周进行磨削。磨削 时，使火花束略高于水平方向发射，以便观察 。 3观察火花束的长度和各部位花型特征，并与 指导书的火花图进行比较，鉴别出各种材料。t注意事项t1试验者在磨削试样时应注意安全，带好无 色平光眼镜，以免磨削下来的金属粉粒损伤眼 睛，工作场地不宜过小，因钢铁微粒的飞扬能 污染周围空气，并对人的健康有害。t2试验时，最好采用黑色的背景（如黑布、 黑木板等），这样可以加强鉴别力。操作时， 注意手腕施压的感觉，

8、用力要始终，不能过重 ，也不能过轻。t3砂轮机转速以27003200r/min为宜，不可 太快或太慢，以防影响火花的形态。宏观断口分析法t 将需要鉴别的钢铁材料先锯开一缺口，然 后垫空敲断，目视观察断口的颜色、粗细状 况、变形情况等，可据此初步判断出钢材的 所属类别：含碳量高低、韧脆性以及热处理 状态等；并可观察到断面存在的低倍缺陷， 如存在夹杂、白点、缩孔残余或气泡等。此 法操作简便，是一种具有实用价值的现场鉴 别方法。常见材料的断口特征如下：t（1）灰口铸铁易折断，且断口呈暗灰色 ，结晶颗粒粗大；t（2）白口铸铁更易折断，且断口呈白亮 色，结晶颗粒较细；t（3）低碳钢塑性好不易折断，断口呈银 白色，有明显变形，能看到均匀的结晶颗粒；t（4）中碳钢断口塑性变形不太明显，结 晶颗粒比低碳钢细蜜；t（5）高碳钢断口塑性变形不明显，结晶 颗粒比中、低碳钢更细密；钢材种类的其他鉴别方法：t金相分析法观察钢铁材料在平衡状 态下（退火后）的组织，可判断其含碳 量是否大于共析钢成分；或鉴别铸铁的 共晶态组织。t化学分析法即用光谱等化学分析法 可详细鉴定钢材所含的元素组成，精确 定量分析各种合金元素的含量成分。