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1、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最为简易的方法之一，其特点是设备简单，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
2、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最简单最有效的方法。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
3、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
4、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
5、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精确。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、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）CaMgAlTiSiVMnCrFeNiCuTi 、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
6、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，与氧亲和力最大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各种金属最低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高价氧化物CuCu2O红6.001230+43.0CuOAgAg2O黑褐7.14300(分解）+7.0BeBeO白3.022530+145.3MgMgO白3.652800+145.8MnMnO绿5.4178
7、5+96.7Mn2O4,Mn2O3FeFeO黑5.71377+64.6Fe3O4,Fe2O3NiNiO绿黑7.451960+58.4Ni3O4,Ni2O3ZnZnO白5.472000+83.3AlAl2O3白3.992050+126.9CrCr2O3绿5.212275+96.3(CrO)SiSiO2白2.321710+102.8(SiO)TiTiO2白4.161825+109(Ti2O3)ZrZrO2白5.732680+129MoMoO2红紫4.52800(气化)+71.4MoO3WWO2褐12.111277+65.7WO3四、碳化物表2碳化物性质碳化物TiCZrCNbCVCTaCW2CMo2
8、CWCHV32002890240020941800313020002500T熔/34103805372028304150300026902867碳化物MoCCr23C6Fe23W2C6Fe21Mo2C6Cr7C3Fe3CMn3CFe4W2CHV22501000-152018201150-1340T熔/29601520分解 1780分解13301890五、火花的主要名称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
9、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呈断续形。图 3 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（合金元素最少）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。
10、随着含碳量的不同有二根、三根、多根分叉之分。图 4火花芒线图4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
11、，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
12、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。图 7尾花特征图以下是尾花特征比较详细的说明：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
13、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
14、1100橘红1200橘黄1300白色1400亮白色1500高亮度白色1600淡蓝的白色表 4火花的鉴别火花组成单位参 数特 征 判 别流 线颜 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节 花有 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
