9.6.1 钢的火花鉴别

火花鉴别法的原理是通过观察钢铁材料被砂轮磨削时产生的火花来鉴别钢铁的化学成分，从而确定其牌号。

1.火花的组成

钢铁材料被高速旋转的砂轮磨削时产生的火花束，可分为根部火花、中部火花和尾部火花三部分。火花束由流线、节点、爆花和尾花等组成，如图9-15所示。

图9-15 火花束各部分的名称

（1）流线 流线是高温磨削颗粒的运动轨迹。根据流线的形式，可分为直线流线、断续流线、波状流线和断续波状流线等。

（2）节点与苞花 流线上较粗的明亮点称为节点和苞花。节点的温度较流线的其他部分高。同一流线上可以有多个节点。

（3）爆花 爆花分布在流线上，以节点为核心，是钢中含有碳元素的特征。爆花的形式随钢中碳含量而变化：碳含量增加，爆花的数量增加。爆花在爆裂时产生聚集而短小的芒线。多次爆花的形成使芒线形成二根分叉、三根分叉、四根分叉等多根分叉形式。

（4）尾花 流线尾部末端形成的特殊形式火花统称尾花。根据尾花的特征，又分为狐尾尾花和枪尖尾花两种。含有钨的钢种常呈现狐尾尾花，且尾花的长度和数量与钢的含钨量有关：含钨量越高，尾花长度越短、数量越少。含钼质量分数为1%的钢种一般为枪尖尾花，与流线呈脱离状态。

（5）色泽 火花颜色的明暗表明了颗粒的温度，黄白色、亮白色表明火花温度高，暗红色为温度低。

2.火花的形状

火花鉴别主要观察流线的长短、粗细、数量、色泽及爆花的数量、大小、花形、花粉等。钢中的碳是形成火花的主要原因，因此随着碳含量的增加，火花的这些特征是逐渐变化的。

（1）碳素钢的火花特征

1）碳含量对火花的影响。碳素钢火花有很多直线流线。随钢中碳含量增加，火花的花粉也随之增加，且亮度也增加；同时手感硬度也增加。碳素钢的火花特征随碳含量的变化，可参考表9-41。

表9-41 碳素钢的火花特征

2）典型碳素钢的火花。典型碳素钢的火花形态如图9-16所示。

图9-16 典型碳素钢的火花形态

a）20钢 b）45钢 c）T7钢 d）T12A钢

①20钢的火花特征。流线多且较粗，略带弧形；火花束长，呈草黄带微红色；爆花数量少，芒线稍粗，没有花粉；有一两枝二次爆裂的芒线，火花角狭小，如图9-16a所示。

②45钢的火花特征。流线多且稍细，火束比20钢的短，呈明亮黄色；爆花多且密集，多根分叉，多为三次花，呈大星形，有少量花粉，如图9-16b所示。

③T7钢的火花特征。流线多而细，短而直；火束呈亮黄色；爆花为多根分叉，三次花数量增多，碎花及花粉很多，如图9-16c所示。磨时手感较硬。

④T12A钢的火花特征。整个火束呈现暗橙色，发光不大，越接近根部色泽和光度越暗淡；流线多而细密，火束更为粗短，爆裂为多根分叉，且三次花极多，有大量碎花和花粉，如图9-16d所示。磨时手感稍硬。

（2）合金钢的火花鉴别

1）合金元素对钢的火花的影响

合金元素对火花的影响可分为抑制爆花的元素（如钨、钼、镍、硅等）和助长爆花的元素（如锰、钒等）两类，其影响如表9-42所示。

表9-42 部分合金元素对火花特征的影响

2）合金钢的火花特征。几种合金钢的火花形态如图9-17所示。

图9-17 几种合金钢的火花形态

a）CrWMn b）GCr15 c）9SiCr d）5CrNiMo e）50CrV f）Cr12

图9-17 几种合金钢的火花形态（续）

g）3Cr2W8 h）W18Cr4V i）W6Mo5Cr4V2

①CrWMn钢的火花特征。火束细而较长，流线细，且发光稍暗，呈红色。火花稍多，为二次花；根部有时出现断续与波状流线，尾部呈现桔黄色狐尾花；有两三次多根分叉爆花，爆裂点不集中，节花小，芒线密，如图9-17a所示。

②GCr15钢的火花特征。火束粗而较短，亮度中等；爆裂出多量三次花，且花心似火团：芒线多而细，且附有碎花和花粉；全部呈现橙黄色，如图9-17b所示。

③9SiCr钢的火花特征。火束明亮而细长，呈橙黄色；流线粗，且各部粗细近于一致：尾部呈现狐尾状。火花爆裂多为三次花，且花心明亮，多分布在尾部附近，如图9-17c所示。

④5CrNiMo钢的火花特征。火束粗而明亮，发光中等：爆裂为三次花，约有3～4根分叉，呈橙黄色：花心明亮且有花苞，尾部有枪尖式尾花，如图9-17d所示。

⑤50CrV钢的火花特征。火束粗而极短，呈现橙黄色，发光大；爆裂为三次花且有十数根分叉，呈现大星花：芒线多而细；花心明亮，花粉较多，如图9-17e所示。

⑥Cr12钢的火花特征。火束细而极短，发光较暗；火花爆裂为三次花，有多根分叉和多层复花形式，且呈现大星形，附有碎花和花粉；尾部流线略微粗大，如图9-17f所示。

⑦3Cr2W8钢的火花特征。火束细而较短；发光弱，呈暗红色，火花几乎完全被抑制；尾线有点状狐尾花，如图9-17g所示。

⑧W18Cr4V钢的火花特征。火束细长，呈现赤橙色，几乎无火花爆裂，流线长而少；根部和中部为断续状流线，尾部为点状狐尾花，如图9-17h所示。

⑨W6Mo5Cr4V2钢的火花特征。火束短，呈赤橙红色；流线各部粗细近于一致；极少火花爆裂，如图9-17i所示。

3.火花鉴别的操作

火花鉴别法所用的设备是专用电动砂轮机，有台式和手提式两种。砂轮机功率为0.20～0.75kW，转速通常为2800～4000r/min。砂轮为粒度0.25～0.42mm（40～60目）的普通氧化铝砂轮，而不应使用碳化硅或白色氧化铝砂轮。台式机砂轮直径一般在200～250mm之间，手提式砂轮的直径应在100～150mm范围内。砂轮因磨损直径过小时，应及时更换新的砂轮。

火花鉴别的操作要点如下：

1）火花鉴别应在室内光线较暗处进行，如在室外进行时，必须避免阳光的直射，否则会影响火花的色泽和清晰度。

2）操作者应佩带无色平光眼镜。

3）火花鉴别前，首先了解钢材的状态，避免表面增碳或脱碳的现象，一般应磨去表层后再仔细观察。

4）为观察火花的全貌，目光应与火花束垂直。

5）施加压力要适中，一般以20～60N为宜；看合金元素时压力要轻，看碳含量时压力可重些。

6）磨出的火花应有一定的长度，一般为300～500mm，合金工具钢和高速钢应在200～300mm之间。

7）要使火花束向略高于水平方向发射，以便能清楚地观察火花束的长度及各部位火花的特征。

8）仔细观察火束的长短、粗细及色泽；注意观察火束的流线，火束根部、中部和尾部流线的运动规律，是否有特殊形态出现。

9）观察火花爆裂的形态，如分叉多少、花次重叠程度、花粉大小及数量等。

10）注意手的感觉。

11）在鉴别时，为使判断结果更准确，最好备有己知化学成分的所需牌号的系列标准样块，以便进行对比和判断。

12）如有疑问，可反复进行对比和观察。