用火花法鉴别材料

1.知识准备

钢在高速旋转的砂轮机上磨削时会产生火花，根据火花的形状和颜色鉴别钢的的牌号的方法叫火花鉴别法。

当试样与高速旋转的砂轮接触时，由于剧烈摩擦，温度急剧升高，被砂轮切削下来的颗粒以高速抛射出去，同空气摩擦，温度继续升高，发生激烈氧化甚至熔化，因而在抛射中呈现出一条条光亮流线。磨削颗粒的表面生成的氧化铁被颗粒内所含的碳元素还原，生成CO气体，在压力足够时便冲破表面氧化膜，发生爆裂而形成爆花。流线和爆花的色泽、数量、形状、大小同试样的化学成分相关有关，因此可以初步鉴别金属材料。

通常碳钢的流线多是亮白色，合金钢和铸铁是橙色和红色，高速钢的流线接近暗红色；碳钢的流线为直线状，高速钢的流线呈断续状或波纹状；在相同的压力下，含碳量越多，流线越短，高速钢的流线比碳钢的流线短。

随着含碳量增加，节点更多，高速钢一般没有节点。

不同含碳量、不同的合金元素火花的节点及尾花不同。

1.1火花束　　

工件与砂轮接触时产生的火花也叫做火束，由根花、间花和尾花三个主要部分组成。整个火束示意图如图1-1所示。

图1-1火花束组成

1.1.1根花：靠近砂轮部位的火花。

1.1.2间花：在火束中间部位，火花最密集的一段。从间花中可以看出钢中碳质量分数多少。                    

       图1-2火花示意图

1.1.3尾花：火束末端接近消失的部位，根据尾花形状，可以判断钢中所含合金元素。                                   

1.2 火花

火花由流线、节点、芒线、爆花、花粉和尾花所组成，其示意图如图1-2所示。

1.2.1流线：高温的粉末微粒沿砂轮切线飞行时产生线条状的亮体称为流线，通常分为3种：①直线状流线；②断续状流线；③波纹状流线。

图1-3流线示意图

1.2.2节点

流线中途爆裂的亮点叫节点。

1.2.3芒线

节点爆裂时射出的发光线条。随含碳量增高，分叉增多，有两根分叉、三根分叉、四根分叉和多根分叉见图1-4所示。

图1-4芒线分叉示意图

1.2.4爆花

流线中爆裂所产生的光亮火花或是节点处爆裂的火花叫爆花。爆花由节点和芒线组成,爆花随流线上芒线的爆裂情况，有一次花、二次花、三次花和多次花之分  见图1-5所示。

图1-5 爆花示意图

1.2.5花粉

分散在爆花芒线间的点状火花称为花粉， 

1.2.6尾花

流线尾端呈现出不同形状的爆花称为尾花。钢的化学成分不同，尾花的形状也不同，通常尾花的形状可分为直线、直羽状尾花、狐尾尾花、枪尖尾花、钩状尾花等，如图1-6所示。

图1-6尾花示意图

随着钢铁材料化学成分的不同，产生各种不同的火花特征如火花爆裂的形态、流线、色泽和发光点等各有不同。

1.3火花鉴别

1.3.1流线鉴别

① 颜色：碳钢的流线多是亮白色，合金钢和铸铁是橙色和红色，高速钢的流线接近暗红色。

② 形状：碳钢的流线为直线状，高速钢的流线呈断续状或波纹状。

③ 长短：在相同的压力下，分数越大流线越短，高速钢的流线比碳钢的流线短。

1.3.2节点鉴别

① 碳钢：有节点，随着碳质量分数增加，节点更多。

② 高速钢：一般没有节点，相比之下铝高速钢W6Mo5Cr4V2稍有些节点，而钨高速钢W18Cr4V不见节点并且流线断续状明显。

1.3.3尾花鉴别

不同碳质量分数、不同的合金元素火花的节点及尾花不同。常见的节点和尾花见图5-5所示。

1.4常用钢的火花特征

1.4.1 20钢见图1-7。

图1-7  20钢火花

特征：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。

1.4.2 45钢见图1-8。

图1-8  45钢火花

特征：流线多而稍细，火束短，发光大，爆裂为多根分岔，多量三次花呈火星形，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。

1.4.3 T7钢见图1-9。

图1-9  T7钢火花

特征：流线多而细，火束由于碳质量分数高，其长度渐次缩短而粗，发光渐次减弱，火花稍带红色，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。

1.4.4 T10钢见图1-10。

图1-10  T10钢火花

特征：流线多而细，火束较前更短而粗，带红色爆裂为多根多岔，分量三次花，小碎花及花粉极多。研磨时手的感觉较硬。

1.4.5 T13钢见图1-11。

图1-11  T13钢火花

特征：流线多而极细，火束较T10钢更短而更粗，发光较弱，带红色爆裂为多根分岔，大量的三次花，三层、四层重迭开花，碎花及花粉极多。

1.4.6 CrWMn钢见图1-12。

图1-12   CrWMn钢火花

特征：火束细而较长，发光稍暗，因受钨铬锰的影响，其火花爆裂为稍多量二次花，流线细而呈暗红色，根部时有断续流线产生，尾部呈狐尾花爆裂。研磨时感觉较硬。

1.4.7 GCr15钢见图1-13。

图1-13   GCr15钢火花

特征：火束粗而细短．发光中度，其爆裂为多量较紧密的三次花，花蕊似火团，芒线多而细，附有很多碎花及花粉，全体呈橙黄色。

1.4.8  40Cr钢见图1-14。

图1-14 40Cr钢的火花

特征：40Cr钢火花束呈橙黄色，根部稍暗，中部明亮，尾部次之，流线多而细长，形状稍挺直，微下垂成弧状。爆花形式分为多根分叉二次菊星爆花，渗杂着三次菊星爆花，爆花爆裂非常活泼而正规，花角很大，爆花核心呈稍明亮的圆形节点，爆花爆裂后能附生较多的中、小型碎花、花粉及芒线，芒线常呈分叉状态。整体呈白亮的橙黄色，花数约占总体1/2，爆花花势增大，呈盛开的姿态，爆裂强度甚高。

1.4.9  42CrMo钢见图1-15。

图1-15  42CrMo钢的火花

特征：42CrMo钢火花束呈淡橙黄色，根部带微红，中部非常明亮，尾部呈亮橙色，流线很多而细长，自根部起逐渐膨胀壮大，至尾部收缩断明，微微下垂状态。爆花形式为三根、四根、五根分叉三次菊星爆花，花角盛大，爆花核心呈较明亮的圆形节点，芒线和花粉很多，时有小型碎花双层爆裂的现象，流线尾部呈现再次明亮的枪尖，多而清晰易见，构成枪尖尾爆花（铬钼碳共存特征）。整体呈亮橙黄色，花数约占总体3/5，爆花花势盛开，爆裂强度很强。

1.4.10  38CrMoA1钢见图1-16。

图1-16 38CrMoA1钢的火花

特征：38CrMoA1钢火花束呈淡红色，根部稍暗，中部比较明亮，尾部呈暗橙色，流线不多，微带挺直而细长，自根部起逐渐膨胀粗大，至尾部收缩断明，微微下垂状态。受铬铝元素影响，爆花形式为多根分叉二次与三根分叉三次菊星爆花和星形爆花的混合，爆花核心微明，花角不大，附生微量微小型碎花、芒线和花粉。流线尾部呈现再次明亮的枪尖，构成枪尖尾爆花（钥元素特征），爆花趋于压缩，但尚活泼。整体呈橙黄色，爆花花量受铝元素影响而压缩抑制，花数约占总体1/4左右，爆花花势不旺，爆裂强度较为软弱，火花图光度比较强烈。4)

1.4.11 Cr13钢见图1-17。

图1-17  Cr13钢火花

特征：火束细而极短，发光较暗，火花爆裂为三次花，十多根分岔，多层复花形式，呈大星形，附有很多碎花和花粉。爆裂很多，活泼美观。尾部流线略为粗大。研磨时材质较硬。

1.4.12  W6Mo5Cr4V2钢见图1-18。

图1-18  W6Mo5Cr4V2钢火花

特征：W6Mo5Cr4V2钢火花束呈朱红色，根部呈褐橙色，光度很暗弱，流线适中，稍多，比较细长，自根部起逐渐粗壮，至尾部突然膨胀，呈狐尾而下垂成半弧形状态，根部、中部以断续流线为主，偶呈波浪流线和穗流线，尾部为狐尾、点状狐尾和麦穗特征。

因受比较高的含钨量、含钼量的影响，钢中所含铬、钒及高碳等元素特征均被压抑或中和变态，几乎无火花爆裂，仅在尾部略有二、三、四枝狐尾芒线分叉的狐尾爆花、穗狐尾爆花和点状狐尾爆花，芒线比较粗长明亮。研磨时材质较硬。

1.4.13  W18Cr4V钢见图1-19。

图1-19 W18Cr4V钢火花

特征：W18Cr4V钢火花束呈赤橙色泽，根部暗红，光度极暗弱，流线较少，稍细长，自根部起逐渐膨胀，呈平直状态，其跟部和中部为断续流线，有时呈波浪流线。受高钨影响，所含铬、钒及较高碳量等元素的特征均被压抑或中和变态，所以几乎无火花爆裂，仅在尾部略有二、三枝狐尾芒线分叉的点状狐尾爆裂，花量无几。它的流线长而量小，色亦较暗，膨胀性小，芒线及尾部呈点状膨胀下垂，形成点状狐尾爆花。由于火花被抑制，显示出很高的含钨量。研磨时材质较硬。

2、实际对比