1、火花鑒別鋼材的方法淺析 火花鑒別鋼材的方法淺析西 安 核 儀 器 廠 柳 穩 紅 二0一二年十月二十八日火花鑒別鋼材的方法淺析引言：火花鑒別是鋼鐵材料化學成分現場控制手段中最為簡易的方法之一，其特點是設備簡單，操作方便，對金屬牌號及其化學成分的鑒定分析速度快，準確性強，在臨場分析中不必破壞試件，基本能滿足金屬材料生產和熱處理工藝要求。我國正以較快的速度推進核電的發展，為了保證核電廠在設計、建造、調試、運行中的安全，國家核安全局已制定了核安全法并完善了一系列核電廠質量保證安全規定。采購控制是核電廠質量保證安全規定中的重要組成部分，按照產品監視和測量控制程序的要求，對外購外協件、五金原材料等要進行

2、進貨檢驗，以保證符合采購文件的要求，從而保證我廠核輻射防護儀器的安全與可靠。我們廠是核工業儀表類的加工廠，購買五金原材料具有單件小批量，品種多，牌號雜的特點，而目前廠里沒有相應的理化分析設備，只能對設計要求的業主提出的IE級材料進行復驗，在原材料進廠檢驗上存在沒有檢驗手段，檢驗項目單一的缺陷，不能完全控制原材料的質量，與質保監查的要求不符。針對這種情況，提出火花鑒別鋼材更方便，易行。尤其對大批量金屬材料的鑒別和分析更發揮了它的優點，這是化學分析法和其它物理分析法所不能比擬的。一、火花鑒別的應用范圍（一）、在金屬材料熱處理或鍛壓加工前，應用火花分析法核對其材料牌號，就能正確掌握其加熱溫度和加熱時

3、間，防止產生廢品。 （二）、對于金屬材料倉庫，在裝卸搬運過程中容易發生混料事故，而火花分析法是杜絕混鋼事故的最簡單最有效的方法。（三）、化學分析人員在化驗工作前對被分析的金屬材料作一次火花分析，可以省略試樣中未含元素的化學分析工作，同時可以驗證化學分析的結果正確與否。物理分析的人員進行火花分析可對金屬材料的牌號做到心中有數，有利于對金屬材料的抗拉強度、延伸率、斷面收縮率及金相組織等作進一步分析。二、火花的基本原理鋼材在砂輪上研磨時，砂輪轉速很快，產生高熱，使研磨出的材料顆粒達到熔融狀態，這些高溫、熔融的細顆粒被砂輪的離心作用拋射在空氣中發生亮光，其表層與空氣中的氧發生氧化反應作用，形成一層氧化

4、薄膜。此外，鋼中的碳化物（ Fe3C ）在高溫下分解（大于900），析出碳原子，反應式為：Fe3C 3Fe+C；碳原子和表層氧化亞鐵產生還原作用，形成一氧化碳，反應式為：FeO+C Fe+CO鋼鐵材料中的碳元素是產生火花的基本元素，而當鋼中含有猛、硅、鎢、鉬、鉻等元素時，它們的氧化物將影響火花的統一線條、顏色和形態，由此可以判別鋼的化學成分。根據產生火花束的形狀特征及顏色來初步判別工件的化學成分的方法稱為火花鑒別法。三、火花的組成部分（一）、火束鋼鐵在砂輪機上磨削時產生的全部火花叫做火束。為了便于識別，又把整個火束分為根部、中部和尾部三部分。火束由流線、節點、芒線、節花(苞花)、爆花、尾花等部

5、分組成。（二）、流線試件在高速砂輪上磨削的預粒，在高溫下運行的軌跡就是流線。流線分為直線形、斷續形、波紋形和斷續波紋形，其中波紋形不常見，有時在高速鋼火花中會夾有波紋形流線。碳鋼的流線都是直線形的；鉻鋼、鎢鋼、高合金鋼和灰鑄鐵的流線呈斷續形。（三）、節點流線在途中爆裂的明亮而稍粗大的亮點稱為節點和苞花，節點的溫度較流線任何部分溫度都高。節點是含Si的特征。（四）、芒線爆裂當時發出的若干聚集短線叫做芒線，是連在流線上的分叉直線。隨著含碳量的不同有二根、三根、多根分叉之分。（五）、苞花(節花)芒線中途又生節點并射出芒線，這樣形成的花叫節花。一次爆裂的芒線叫一次節花在一次芒線上又發生爆裂時形成的爆花

6、叫二次節花，所以爆花可分為一次節花、二次節花、三次節花。苞花是含Ni的特征。（六）、爆花爆花是碳元素專有的火花特征，是熔融顆粒在爆裂時在流線上由節點和芒線所組成的火花形狀。爆花隨著流線上芒線的爆裂情況有一次、二次、三次、多次之分。爆花分布在流線上。爆花隨鋼中碳含量而變化，粉碎狀的花粉隨碳含量的增高而增加。爆花在火花鑒別中占有重要地位。1、一次爆花：在流線上首次爆裂的較細長的芒線，即只有一次爆裂的芒線，花型較簡單，有兩叉、三叉和多叉幾種，簡稱一次花。一次爆花是含碳量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：在一次花的芒線上又發生一次爆裂，稱為二次花。它也隨含

7、碳量的不同分為三叉、四叉和多叉幾種。二次花是含碳量0.3-0.6%的碳鋼的火花特征。3、三次爆花(多次花)：在二次爆花的芒線上再一次(或數次)呈現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），這種爆花是含碳量0.65%以上的碳鋼的火花特征。（七）、花粉分散在爆花芒線間和周圍的點狀火花。這種花粉只有在含碳量超過0.5%的鋼中才出現。（八）、尾花尾花是流線末端特征，可分為狐尾尾花、槍尖尾花、菊花狀尾花、羽狀尾花等。狐尾尾花一般是鋼中含鎢的特征，其亮度和粗細程度比流線其他部位更明亮、更粗一些，狐尾尾花的數量及長度與鋼中含鎢量成反比。槍尖尾花一般認為是鋼中含鉬(約1%)的火花特征，其

8、特點是在流線末端呈明顯的下垂脫離狀，但也不是在所有的含鉬鋼中都能看到，有時在一些不含鉬的鋼中也能見到槍尖尾花。應注意區別于一些不含鉬的鋼所產生的在分叉上呈直線脫離的槍尖狀尾花。鉤狀尾花為高含量硅3%5%的特征。四、碳及合金元素對火花特征的影響碳素鋼的火花中隨含碳量增加，流線逐漸增多，而且由粗逐漸變細，由直線變為拋物線，火束長度由長逐漸變短，芒線由一次花逐漸變為多次花，節花和花粉的數量逐漸增加。此外，在磨削時，隨含碳量增加，手感將由軟逐漸變硬。鋼材中若含有合金元素，將對火花的特征產生影響，這些影響可分為助長、抑制和消滅三種情況。幾種常見的合金元素對火花產生的影響如下：(一)、鉬鉬具有較強的抑制火

9、花的爆裂、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，高鉬鋼沒有槍尖花。鉬鋼槍尖花出現不僅與鉬含量有關，還與碳含量有關。碳含量越低，槍尖花越明顯，鉬鋼中碳含量在0.5左右時，槍尖花就不易出現。(二)、硅硅抑制火花的爆裂作用較鉬弱當硅含量2%3時，這種抑制就較明顯。由于硅存在能使火花爆裂芒線變短，如鋼中硅含量 3.54.5，碳含量在0.10左右（如硅鋼片）時，就只能在火花束中發現一、二根單芒線的爆花并出現白色明亮的閃點。硅錳彈簧鋼流線粗而短，芒線少且短粗，火花色澤呈橙紅色。火花試驗時手感抗力較小。(三)、鎳鎳對火花爆裂的抑制作用較弱，使火花束縮小且不整齊

10、，芒線較碳鋼細。鎳能細化流線，隨鎳含量提高，流線數量和長度將減少，色澤變暗。低鎳鋼的特征是流線上出現鼓肚，但碳含量較高時(0.5以上)時,此現象消失。(四）、鉻鉻對火花的影響比較復雜，對于低鉻低碳鋼，鉻對火花有較強的促進作用，火花呈亮白色，并增加流線數量和長度，爆花為一、二次花，花型較大。由于低鉻能助長爆裂，如不細心，會將該鋼的碳含量估計過高。對于碳含量較低的低鉻鋼，鉻能助長爆裂的作用不顯著，甚至能阻止枝狀爆花的發生，流線短而量少，火花束仍然明亮。加入多量鉻以后，無淪爆裂強度、流線長度和數量都將減少，色澤也變暗，若鋼再含有抑止和助長爆裂其他元素，則判別就變得更加復雜。因此，判斷鉻的含量必須要有

11、豐富的經驗，或用其他方法配合進行鑒定。(五)、釩釩是助長火花爆裂的元素，火束呈草黃色使流線變細。五、常用鋼的具體火花特征（一）、20鋼火束呈橙黃帶紅色澤，發光適中。流線稍多而細長些，自根部起逐漸膨脹壯大，至尾部又漸收縮，尾部帶下垂，微有再生明亮的微型尖形節點，隱匿不顯，但不是鉬元素特征。爆花形式為多根分叉一次星形爆花，滲雜著四根分叉一次星形爆花和三根、四根分叉的二次星形爆花，花角狹小，附有單芒線，芒線較粗短，少量的附生花粉隱約可見。全體呈桔紅色澤，花數約占總體的五分之一，火花圖光度較強。圖 220鋼火花圖（二）、45鋼火束呈較明亮的橙黃色澤，發光大。流線多而細長，火束短。自根部起逐漸膨脹粗大，

12、尾部略帶下垂，微隱再生明亮的長形節點，已不顯明。爆花形式為四根分叉三次星形爆花，滲雜著三根分叉和五根分叉三次星形爆花，花角較大。附有單芒線，芒線較多稍細長，附生的花粉較多且清晰，有少盤的小型碎花，布于星形爆花附近。全體呈橙紅色澤，火花盛開花數約占總體五分之三弱，爆花花勢增大，趨于盛開姿態，使星形爆花開始擴展呈大星形，爆裂強度較高圖 345鋼火花圖（三）、T7鋼火束呈黃色稍帶紅色，根部暗紅，中部較亮、尾部漸漸減弱，光度稍明亮。流線多而細密，根部起逐漸膨脹粗大，流線不長，尾部較平直。火束由于含碳量高，其長度漸次縮短而粗，發光漸次減弱。爆花形式為多根分叉三次星形爆花和少量的多根分叉三次花的微型碎花爆

13、花，花角甚大，附生繁多單芒線和花粉，小、中型碎花布于星形爆花近旁。研磨時手的感覺稍硬。全體呈明亮橙紅色澤，花數約占總體五分之四以下，爆花花勢旺盛美觀，花形由基本的星形發展為三層疊開，爆裂強度很高，火花燦爛，火花圖光度稍強。圖 4T7鋼火花圖（四）、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。火束呈櫻紅色澤，根部微帶朱紅色，光度微明而又暗弱。流線很多，較挺直細長。自根部起逐漸膨脹壯大，尾部隱顯微量的再生明亮勾形節點。受硅鉻元素影響，爆花形式以四根、多根分叉一次喇叭花為基礎，夾雜一次和二次菊星爆花所構成大、中、小型爆花形態、爆

14、花間附生挺直芒線于分叉尖端，花芯布有多量花粉和小型碎花，花角較大、在爆花核心與后位處呈自色鼓形的閃亮節點(硅元素特征)。全體呈深櫻紅色澤，爆花花數約占總體五分之三，爆花趨密稍盛，有復花形式產生，爆裂強度一般強烈，火花圖光度較強。圖 59SiCr鋼火花圖 六、火花鑒別的注意事項進行火花鑒別時要注意安全，所用砂輪要有安全罩。鑒別火花的環境要暗，最好在黑暗的房間里，如果沒有觀花的經驗，可用比較法進行觀察 ，也就是將工件和樣品同時 在砂輪上磨，反復比較兩者的火花特征。若火花特征不相同，可另換一種樣品，直至火花特征相同為止，此時樣品的牌號即為被檢驗工件的牌號，樣品是預先經過化學分析準確標定的牌號。結束語：通過以上分析可以看出，利用鋼材中碳及合金元素含量的多少火花所出現的不同形態，可以現場快速鑒別出常用鋼材的種類，對避免因用錯材料造成不必要的報廢具有實際意義。在實際工作中，通過使用