火花试验

合金含元素的火花特
徵
1. 助長碳破裂 → Mn、 Cr、V之合金元素
2. 氧化性之元素如Al、 Mn、Si、Ti
3. 阻止碳破裂，Ni、Mo、 W可減吵其光輝。
4. 非氧化性元素Ni、 Cr 、 W如使火花呈橙色或紅 色。
問題判斷
火花越少或分支少表示在高溫下較不易氧 化。
結果與討論
1. 為何火花實驗法為判別鋼種最簡便的方 法?
過共析鋼
鑄鐵
5-32
材料規格
CNS 中國國家標準 ANS 美國國家標準 JIS 日本工業標準 DIN 德國工業標準各協會標準 ASTM 美國材料工程試驗協會 SAE 美國汽車工程協會 AISI 美國鋼鐵協會
標準規格
各標準規格都以材料之化學成份、抗拉強 度、降伏強度及形狀或加工程度、狀態為 其分類符號編號之依據。
彈簧用
結構的鋼料
結構的鋼料→含結構用碳鋼及合金鋼 如 SCM420
CM 代表鉻Cr、鉬 Mo 420 代表第 420 種
表含碳量
S25C 25 表含碳量 表鋼、鉻鉬鋼、編號 420 的材料
也可表最小的抗拉強度
如 SS41（舊）表鋼鋼中的一般構造用鋼 抗拉強度不得小於 41Kg/mm2 SS400（新）S表鋼 S 表構造用鋼 400 表抗拉強度不得小於400N/mm2
0.9% 、碳
JIS 鋼類編號與 CNS 大致相同
1. 第一部份為材質，鋼 S 鐵 F 2. 第二部份鋼製品的規格或用途，如 K 代表工具鋼 EX SK2 表鋼、 工具用第二 種 3.
JIS 鋼類編號
第三部份為鋼料的種別 如需描敘加工方法，可將加工方法敘於第三部份 之後。 例如 SS400（新） S 表鋼、S 表構造用鋼、400 表抗拉強度不得小於 400N/mm2 SS41（舊） S 表鋼 S 表構造用鋼 41 表抗拉 強度不得小於 41Kg/mm2 SNCM439 S 表鋼、NCM 鎳鉻鉬鋼合金、4 表第 4 類、39 表第 39 種
亞共析鋼
過共析鋼之冷卻
此條件為碳含量要大於 0.77% 小於2.11% 變態途徑為：γ austenite→產生部 分proeutectoid Fe3C→剩餘γ再轉成 pearlite
過共析鋼
5-34
過共析鋼
過共析（hypereutectoid）合金 0.76-2.14 wt.%C proeutectoid（初析， before）雪明碳鐵
3. 高合金鋼 最前面的要加上 X，第一與第二部份相 同，第三部份不必除以倍率 如 X12CrNi18 8 X 表高合金 12 表含 碳量 0.12% 含鉻量 18% 含鎳量是 8%，這是二種鎳鉻系不銹鋼
4. 鑄鐵與鑄鋼 以 G 代表鑄件 另加其他字母表其種 類，其餘與鋼編號相同 如 G ─ X120Mn12 表鑄鐵 X 表高合 金 含碳量 1.2% 含錳量 12%。 如 GS ─ C30 表鑄造件 鋼材 含碳量 0.3%
AAA 鋁的編號
AAA 為美國鋁業協會所製定的鋁標準其 規則與 CNS 相同（正確應說是 CNS 與 其相同）
刀具材料→依硬度由低到高
1.高碳鋼→早期刀具由高碳鋼製造，C含量
0.9~1.5% ， 缺點切削溫度上升200 ℃ ，硬度
下降。適於應度低及低速切削，價格低與容 易研磨。
2.合金工具鋼→添加Cr、 W 、 Mo、Mn及Si等
實驗原理
以鋼棒加一定之壓力 在轉動的砂輪上摩 擦，因硬度不同，鋼 料被砂輪磨出粉末， 而粉末因摩擦時所產 生之高熱，在空氣中 高速前進，氧化燃燒 成光亮的線條。
不同材料產生不 同型態火花
花束分為三段
1. 靠近砂輪端稱為『根 部』或『花根』。
2. 中央部。 3. 離砂輪最遠的火花束
端稱為『花端』或 『梢部』。
用於各類精車刀及形狀複雜的成型車刀。
M(鉬系列) → 6%W, 6%Mo, 4%Cr, 2%V ，鎢含
量降低1~11%以下，再加入Mo(3~10%) ，用於低 速切削的刀具，如鑽頭、鉸刀 、螺絲攻。
刀具材料
4.非鐵鑄合金→又稱 Co-Cr-W系合金，由
Co-Cr-W等非鐵及少量碳組成，直接以鑄 造方式成形，切削速度為高速鋼兩倍，用 於切削抗拉強度高材料。此材料硬脆，不 耐衝擊。
Various common spark patterns for different metals
不同含碳量之碳鋼 火花分枝特徵
合金鋼火花特徵
合金鋼火花依合金元素種類而異，合金元素大致 可分為助長碳破裂及阻止碳破裂二大類。 助長碳破裂 → Mn、Cr、V之合金元素則有助長 碳破裂之趨勢。 火花顏色與台金元素之氧化性大小有關，氧化性 之元素如Al、Mn、 Si、Ti可增加火花之光輝， 故可使火花呈白色、金色。 阻止碳破裂，Si、Ni、Mo、W可減吵其光輝， 非氧化性元素Ni、 Cr 、W如使火花呈橙色或紅 色。
CNS鋁的編號
二位亦是 0-9，表對各種雜質元素之限制 或處理情形 第三、四位亦由 0-9 組成 1. 當第一位數字是 1 時，最後二位代表 鋁之純度量%，如 1050 表純度 99.50% 2. 第一位是 2-9 時，依早發現的順序， 分別以 01-99 之順序命名。
JIS 鋁的編號
係由 5 個位數所組成 第一位一定是 A，以表示鋁或鋁合金 第二位同 CNS 的第一位 第三位，以 0 表基本合金，1-9 係改良 的情形，若有 N，則表示是日本特規格 第四位、第五位同 CNS 第三、四位
火花試驗
判定不同種類之鋼 料，並略估化學成分 及有無雜質混入。
判定鋼料有無淬火； 推定鋼料之高溫耐氧 化性。
判定鋼料有無脫碳、 滲碳、氮化。
判定展性鑄鐵石墨化 程度。
火花判斷
從火花的花根、中 央、花端三部分加以 觀察。 注意流線之顏色、數 目、角度、長度、粗 細及亮度。 火花分枝之顏色、數 目、花粉、形狀及大 小。 研磨時手中的軟硬感 覺。
碳含量之分界
0wt.%C--商用純鐵α— 0.008wt.%C--鋼 2.0wt.%C--鑄鐵--6.8wt.%C
共析鋼之冷卻
此條件是碳含量必須為 0.77% 而變態途徑為：
γaustenite→pearlite
其中波來鐵為肥粒鐵和 雪明碳鐵的片狀間隔夾 層。
共析鋼
γ→ α+ Fe3C 共析反應：波來鐵（ pearlite）
鐵的符號由下列組成
範例 F○○○ F 表鐵第一個○表製造方法 第二個○與第三個○表示編號或抗拉強度 如 FC25 F 鐵C 鑄造做出25 表抗拉強度 至少 25Kg/mm2鑄鐵 FC250 F 鐵C 鑄造做出250 表抗拉強度 至少 250N/mm2鑄鐵
若要要求鋼的鍊製法
可以加下列符號，在符號之前 Ｏ 平爐法 Ｂ 轉爐法 Ｅ 電爐法 如 OS90C 平爐法煉鋼、 鋼含碳量
火花特徵 碳含量及合金原素
影響
火花特徵範例
1. 碳鋼>使用氧化矽砂輪，火花為明亮的 黃色，含碳量越高花束的分岔越多。
2. 高速鋼>使用氧化矽砂輪，火花為暗紅 色。
3. 碳化鎢>使用碳化矽砂輪，因砂輪較軟 無法產生火花。
4. 車刀>分兩部份，刀把以碳鋼製成，火 花如碳鋼為明亮的黃色，刀片以碳化鎢 製成，無法產生火花。
合金元素，以提升耐磨號與高溫硬度。
刀具材料
3.高速鋼→ High speed steel ( H. S. S.) ， 為含有W 、
Cr、V 、 Co等合金元素，具有高溫硬度、強度和 韌性、耐磨耗性等性能，切削速度為高碳鋼2~3 倍。
W（鎢系列） → 18-4-1型18%W, 4%Cr, 1%V ，
集群（colony）
共析鋼
5-33
共析鋼組織→波來鐵
亞共析鋼之冷卻
此條件為碳含量要小 於0.77% 大於0.022% 變態途徑為：γ austenite→產生部 分proeutectoid α→剩餘γ再轉成 pearlite
亞共析鋼
亞共析（hypoeutectoid）合金 0.022-0.76 wt.%C proeutectoid（初析， before）肥粒鐵
火花的成因
火花成因是由鋼料因 摩擦產生磨屑粉粒噴 出，在空氣中氧化燃 燒形成光亮之流線。
因高溫使粉粒內所含 的碳與氧燃燒形成二 氧化碳，突破表面之 氧化皮膜而噴出或破 裂形成火花，而火花 之亮度較流線更明 亮。
火花的特徵
碳鋼因不同的含碳 量，而影響其火花爆 裂程度。 合金則因為合金元素 的作用，產生許多不 同型態的火花。
JIS 鋼類編號描敘加工方法
FC20 F 表鐵、C 鑄造成型、20 表抗拉 強度至少 20Kg/mm2鑄鐵 FC200 F 表鐵、C 鑄造成型、200 表抗 拉強度至少 200N/mm2鑄鐵
SAE 鋼類編號
○ ○ ○ ○ 四個數字編號所組成 第一個○是以以下列分類（大致分類） 1. 表碳鋼 2. 表鎳鋼 3. 表鎳鉻鋼 4. 表鉬鋼 5. 表鉻鋼 6. 表鉻釩鋼 7. 表鎢鋼 8. 表三元合金鋼 9. 表矽錳鋼 第二個○表主要合金元素的百分值，0 表無主要元素 第三、四○個表平均含碳量的百分數 例 1021 普通碳鋼，沒有其他元素，含碳量為 0.21% 例 2340 鎳鋼，含鎳量 3% ，含碳量 0.4%之鎳鋼
刀具材料
5.燒結碳化鎢→又稱超硬合金，以粉末冶
金方式製造成形，W、C+ Co（2~20%結合 劑）經球磨混合，成形、燒結。 Co含量少，刀具越硬及脆， Co含量越 高，刀具越軟及韌性越大。 改善方法：加入TiC、TaC及提高Co含量。
碳化鎢刀具分類
K類→ 刀柄紅色，主要成份W+C+Co ，號 數越小，耐磨耗性越好。 P類→刀柄藍色，主要成份為K類添加TiC WC+TiC+Co系。於高溫切削時，TiC中碳 分解，可防止高溫切削時刀面凹陷。 M類→刀柄黃色，主要成份為P類添加TaC WC+TiC+ TaC + Co系。可防止高溫切削 時刀面凹陷， 並具有很高強度和韌性。