附录钢铁材料的火花鉴别
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的碳素钢中，火束中的爆花形状和爆花的数量多少完全随钢中的含碳量变化而变化。其基本 规律如表 4-1。
爆花花形：含碳量 0.1％左右，发生一次开叉的树枝状爆花，开叉随含碳量增加，开叉 根数增加，开叉角度增大；含碳量 0.2％左右，发生一次开叉和部分二次开叉的树枝状爆花； 含碳量 0.3％左右，发生二次开叉和部分三次开叉的树枝状爆花；含碳量 0.4％以上，发生三 次开叉的树枝状爆花，并出现花粉。
图 4-1 火花束各部位的名称
1
金属材料及其热处理实验指导书
火花束由流线、节点、爆花和尾花所构成。 ① 流线 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 4-2 所示。 直线 流线 流线从根部到尾部成一直线或一抛物线。 断 续 流线 流线呈断续的虚线状线条。 波浪流线 整个流线中的某一端成波浪形线条。
a) 直线流线
b) 断续流线
c) 波浪流线 图 4-2 流线示意图
② 节点 节点是较流线明亮而粗大的闪亮点。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 4-3 所示。
图 4-3 节点示意图
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酌火花中占 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 4-4 所示。 一次爆花 只有一次爆裂的芒线。 二次爆花 在一次爆花的芒线上又一次发生爆裂。 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。
颗粒经一次爆破后，更细的颗粒内部如有未参加反应的碳时，又可以进行如上所述的氧 化反应，继之发生第二次爆裂，乃至第三、第四次爆裂，这就形成为树枝状的花形。由此可 知，爆裂是由于碳的燃烧形成的。由此，碳素钢中，爆花量的多寡与含碳量的多少有着直接 的关系。碳素钢中含碳量越高，爆花发生量越多，反之越少。树枝状爆花发生时，也随着钢 中含碳量增高，而开叉层次增加，花粉增多。
爆花数 量：随着含碳量增加，而逐渐增多；花间距离越短花粉越多。 流线 ：随着含碳量增加，数量增多；从低碳至中碳含碳量范围内，流线长度和粗细变化 不大；但从中碳至高碳范围，流线长度逐渐缩短，粗度逐渐变细。 色泽 ：随着含碳量增加，颜色由橙色逐渐转为红色，明亮程度逐步增加；但含碳量在 0.6 ％以上反随含碳量的增加明亮程度逐步降低，色泽变暗。
含有中合金和高合金元素的其它钢种，如合金工具钢，则情况大不相同。它们含碳量大 都较高，但爆花形式与同等含碳量的碳素钢相比，则差异很大。这说明，爆花发生固然与含 碳量有极密切的关系，但这只是问题的一个方面。问题的另一方面是，它不仅与含碳量有关， 而且与钢中所存在的其它成份也有关，甚至与钢的基体和其它条件有关。
a) —次爆花
2
b) 二次爆花
金属材料及其热处理实验指导书
C) 三次爆花 图 4-4 爆花示意图
在一次爆花的基础上，若爆花只有一根芒线叫做二分叉；有两根芒线叫做三分叉；有三 根芒线叫做四分叉；有三根以上芒线叫做多分叉。
④ 尾花 在流线尾部末端所呈现的特殊形式的次花统称为尾花，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 4-5 所示。
由于钢铁材料中碳元素是火花形成的基本元素，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。
2. 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 4-1 所示。
1. 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。
钢末在运行时由于温度升高而与空气发生剧烈的氧化作用，于是在钢末的表面上形成一 层 FeO 薄膜(2Fe+O2+2FeO)。而钢中的碳元素在高温下极易与氧结合而生成 CO(FeO+C+Fe+CO)， 使 Fe 还原，还原后的铁再被空气氧化，然后再次被还原，这种反应经过多次重复，于是钢末 内聚积了大量的 CO 气体。当 CO 气体的压力足够冲破钢末表面氧化膜的约束时，就行成了火 花爆裂，而产生爆花。
3
金属材料及其热处理实验指导书
表 4-1 碳素钢中含碳量变化对火花的影响
流线
C％
长粗
颜色 明暗
数量
短细
形状
爆花 大小 花粉
研磨 数量 感觉
0
橙红 暗 长 粗 少
无爆裂
软
0.05
2 根分叉
小
无
少
0.1
3 根分叉
无
0.2多根分叉无源自0.3多根二次分叉
或有或无
0.4
明长粗
多根三次分叉
有
0.5
大
0.6
金属材料及其热处理实验指导书
附录：钢铁材料的火花鉴别
在实际生产中，为了防止混料，保证热处理件质量，常需对原材料及零件的化学成分作 出初步鉴别，火花鉴别就是生产中常用的初步检查钢材成分的有效方法之一。它运用钢铁材 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。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。
a) 直线尾花
b) 狐尾尾花
C) 枪尖尾花
d) 钩状尾花
图 4-5 尾花示意图
直线 尾花 狐尾尾花 枪 尖尾花 钩 状 尾花
尾端和整根流线相同。 流线尾端逐渐膨胀呈狐尾状的火花。 流线尾端膨胀呈三角形枪尖状，且与流线脱离的火花。 流线尾端象枪尖细小的钩状，且与流线脱离的火花。
3. 各元素对火花形态的影响 ① 碳对火花形态的影响 因为爆花是碳的燃烧、爆裂造成的。所以，在不含合金成份
爆花花形：含碳量 0.1％左右，发生一次开叉的树枝状爆花，开叉随含碳量增加，开叉 根数增加，开叉角度增大；含碳量 0.2％左右，发生一次开叉和部分二次开叉的树枝状爆花； 含碳量 0.3％左右，发生二次开叉和部分三次开叉的树枝状爆花；含碳量 0.4％以上，发生三 次开叉的树枝状爆花，并出现花粉。
图 4-1 火花束各部位的名称
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金属材料及其热处理实验指导书
火花束由流线、节点、爆花和尾花所构成。 ① 流线 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 4-2 所示。 直线 流线 流线从根部到尾部成一直线或一抛物线。 断 续 流线 流线呈断续的虚线状线条。 波浪流线 整个流线中的某一端成波浪形线条。
a) 直线流线
b) 断续流线
c) 波浪流线 图 4-2 流线示意图
② 节点 节点是较流线明亮而粗大的闪亮点。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 4-3 所示。
图 4-3 节点示意图
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酌火花中占 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 4-4 所示。 一次爆花 只有一次爆裂的芒线。 二次爆花 在一次爆花的芒线上又一次发生爆裂。 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。
颗粒经一次爆破后，更细的颗粒内部如有未参加反应的碳时，又可以进行如上所述的氧 化反应，继之发生第二次爆裂，乃至第三、第四次爆裂，这就形成为树枝状的花形。由此可 知，爆裂是由于碳的燃烧形成的。由此，碳素钢中，爆花量的多寡与含碳量的多少有着直接 的关系。碳素钢中含碳量越高，爆花发生量越多，反之越少。树枝状爆花发生时，也随着钢 中含碳量增高，而开叉层次增加，花粉增多。
爆花数 量：随着含碳量增加，而逐渐增多；花间距离越短花粉越多。 流线 ：随着含碳量增加，数量增多；从低碳至中碳含碳量范围内，流线长度和粗细变化 不大；但从中碳至高碳范围，流线长度逐渐缩短，粗度逐渐变细。 色泽 ：随着含碳量增加，颜色由橙色逐渐转为红色，明亮程度逐步增加；但含碳量在 0.6 ％以上反随含碳量的增加明亮程度逐步降低，色泽变暗。
含有中合金和高合金元素的其它钢种，如合金工具钢，则情况大不相同。它们含碳量大 都较高，但爆花形式与同等含碳量的碳素钢相比，则差异很大。这说明，爆花发生固然与含 碳量有极密切的关系，但这只是问题的一个方面。问题的另一方面是，它不仅与含碳量有关， 而且与钢中所存在的其它成份也有关，甚至与钢的基体和其它条件有关。
a) —次爆花
2
b) 二次爆花
金属材料及其热处理实验指导书
C) 三次爆花 图 4-4 爆花示意图
在一次爆花的基础上，若爆花只有一根芒线叫做二分叉；有两根芒线叫做三分叉；有三 根芒线叫做四分叉；有三根以上芒线叫做多分叉。
④ 尾花 在流线尾部末端所呈现的特殊形式的次花统称为尾花，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 4-5 所示。
由于钢铁材料中碳元素是火花形成的基本元素，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。
2. 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 4-1 所示。
1. 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。
钢末在运行时由于温度升高而与空气发生剧烈的氧化作用，于是在钢末的表面上形成一 层 FeO 薄膜(2Fe+O2+2FeO)。而钢中的碳元素在高温下极易与氧结合而生成 CO(FeO+C+Fe+CO)， 使 Fe 还原，还原后的铁再被空气氧化，然后再次被还原，这种反应经过多次重复，于是钢末 内聚积了大量的 CO 气体。当 CO 气体的压力足够冲破钢末表面氧化膜的约束时，就行成了火 花爆裂，而产生爆花。
3
金属材料及其热处理实验指导书
表 4-1 碳素钢中含碳量变化对火花的影响
流线
C％
长粗
颜色 明暗
数量
短细
形状
爆花 大小 花粉
研磨 数量 感觉
0
橙红 暗 长 粗 少
无爆裂
软
0.05
2 根分叉
小
无
少
0.1
3 根分叉
无
0.2多根分叉无源自0.3多根二次分叉
或有或无
0.4
明长粗
多根三次分叉
有
0.5
大
0.6
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附录：钢铁材料的火花鉴别
在实际生产中，为了防止混料，保证热处理件质量，常需对原材料及零件的化学成分作 出初步鉴别，火花鉴别就是生产中常用的初步检查钢材成分的有效方法之一。它运用钢铁材 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。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。
a) 直线尾花
b) 狐尾尾花
C) 枪尖尾花
d) 钩状尾花
图 4-5 尾花示意图
直线 尾花 狐尾尾花 枪 尖尾花 钩 状 尾花
尾端和整根流线相同。 流线尾端逐渐膨胀呈狐尾状的火花。 流线尾端膨胀呈三角形枪尖状，且与流线脱离的火花。 流线尾端象枪尖细小的钩状，且与流线脱离的火花。
3. 各元素对火花形态的影响 ① 碳对火花形态的影响 因为爆花是碳的燃烧、爆裂造成的。所以，在不含合金成份