数控技术《6.6-实验：钢的火花鉴别-教案》

钢材的火花鉴别火花鉴别是将钢与高速旋转的砂轮接触，根据磨削产生的火花形状和颜色，近似地确定钢的化学成分的方法。

当钢被砂轮磨削成高温微细颗粒被高速抛射出来时，在空气中剧烈氧化，金属微粒产生高热和发光，形成明亮的流线，并使金属微粒熔化达熔融状态，使所含的碳氧化为CO气体进而爆裂成火花。

根据流线和火花特征，可大致鉴别钢的化学成分。

(1)火花的组成火束：钢材在砂轮上磨削，产生的全部火花叫火束。

整个火束分为根花、间花和尾花。

见图。

流线：火束中线条状的光亮火花叫流线。

由于钢的化学成份不同，流线开头可分为直线流线、断续流线和波浪线。

见图。

含炭量越多流线越短；碳钢的流线多是亮白色，合金钢和铸钢是橙色和红色，高速钢的流线接近暗红色；碳钢的流线为直线状，高速钢的流线程断续状或波纹状。

节点和芒线：流线中途爆裂处较流线粗而亮的点叫节点，见火束示意图中局部放大图。

节点爆裂射出的发光线条叫芒线（又称分叉）。

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之分。

见图。

爆花和花粉：流线中途爆裂所产生的光亮火花叫爆花，又称节花。

爆花由节点和芒线组成，形状见火束示意图中局部放大图。

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。

一次节花是流线上第一次发射出来的节花，它是含碳量在0.25%以下的碳钢的火花特征。

二次节花是在一次节花的芒线上，又一次发生爆裂所呈现的节花，它是含碳量在0.25%--0.6%的中碳钢的火花特征。

三次节花是在二次节花的芒线上，再一次发生爆裂的节花，它是高碳钢的火花特征。

含碳量愈多，三次节花越多、越明亮。

分散在爆花芒线间的点状火花称为花粉，见图。

碳钢有节花，随含炭量增加，节花更多；高速钢一般没有节花，但含钼高速钢稍有节花，而含钨高速钢见不到节花，并流线断续状明显。

尾花：流线尾端呈现出不同形状的爆花称为尾花。

随钢中合金元素不同，尾花的形状分为直羽尾花、狐尾尾花和枪尖尾花等，见图。

《金属材料与热处理》导学案 主备人：栾义 审核人：栾义 编号：021
爱让每一名学生都做得更好！
1 §5.6 钢铁的火花鉴别
【使用说明】
1、依据学习目标，全体同学积极主动的根据教材内容认真预习并完
成导学案，小组长做好监督与检查，确保每位同学都能认真及时的预习相关知识。

2、结合导学案中的问题提示，认真研读教材，回答相关问题。

3、要求每位同学认真预习、研读课本，找出不明白的问题，用红笔
做好标记。

【学习目标】
1、知识与技能：了解火花鉴别的原理及火花组成，掌握火花鉴别方法及火花特征。

2、学习与方法：通过研读课本，积极讨论，踊跃展示，能根据火花鉴别一般的钢种。

3、情感态度价值观：激情投入，大胆质疑，快乐学习。

【重点难点】
火花的特征
【自主学习】
火花的形成 重要级别：★★★ 火花的组成 重要级别：★★★★ 火花的鉴别方法 重要级别：★★★★★
火花的鉴别的注意事项 重要级别：★★★★
【合作探究】
1、简述火花的形成。

2、火花由哪几部分组成？
班级： 姓名： 使用时间： 年 月 日 爱让每一名学生都做得更好！ 2
3、根据火花鉴别中观察到的火花，分别说出各火花特征，并指出对应哪类钢材：
（1） （2）
（3） （4）
4、火花鉴别的注意事项是什么？
【当堂测验】
一般来说，钢中含碳量越高，火花（ ），火束也（ ）。

【课后作业】
1、理解掌握本导学案内容，并完成习题册第五章第六节相关题目。

【学后反思】。

钢铁火花鉴别实验报告实验背景：钢铁制品在生产过程中，常常会伴随着火花的出现。

这些火花可能是正常的现象，也可能是由于材料缺陷或者不良的制造工艺引起的。

因此，对钢铁火花的鉴别是非常重要的，可以帮助生产工人及时发现问题，保证产品质量和生产安全。

实验目的：本实验旨在通过观察和分析钢铁火花的形态和特点，探索钢铁火花的产生原因，以及判断火花的质量和制造工艺的好坏。

实验材料和设备：- 钢铁制品样品- 钢铁打火石或钢铁划脱条- 实验台- 安全护目镜- 打火机或火柴实验步骤：1. 将钢铁制品样品放置在实验台上，确保实验环境安全。

2. 戴上安全护目镜，保护眼睛免受火花的伤害。

3. 使用打火机或火柴点燃钢铁打火石或划脱条，使其产生火花。

4. 观察和记录火花的形态、色彩、数量等特征，特别注意与不同材质和制造工艺相关的差异。

5. 将火花样品与已知材质和质量的火花进行对比，以鉴别未知火花的材质和质量。

6. 根据观察结果和对比，分析火花的产生原因，并判断样品的质量和制造工艺。

实验结果和分析：通过观察和对比实验，我们可以得出以下结论：1. 钢铁火花的形态可以展现为火球状、星状、弧形等。

2. 火花的颜色可以有明亮的白色、黄色、蓝色等。

3. 火花数量和产生速度与材质和质量相关，优质的钢铁往往能够产生较少且稳定的火花。

4. 不同的制造工艺会对火花的形态和特点产生影响，可能表现为火花的长度、强度、延展性等方面的差异。

综合以上结果和分析，我们可以根据钢铁火花的形态、颜色、数量等特点来判断其材质和制造工艺的优劣。

这些结果可以帮助我们及时发现问题，改进生产工艺，提高产品质量。

实验注意事项：1. 进行实验时需要保持实验台和周围环境的干燥和整洁，避免其他因素对实验结果的影响。

2. 实验过程中需要佩戴安全护目镜，确保眼睛免受火花的伤害。

3. 进行实验时应注意安全，保持距离可燃物和易燃液体。

4. 在实验中要确保正确操作火柴、打火机等火源设备，避免火灾和其他危险的发生。

钢材的火花鉴别钢材的品种繁多，应用广泛，性能差异也很大，因此对钢材的鉴别就显得异常重要。

钢材的鉴别方法很多，现场主要用火花鉴别及根据钢材色标识别两种方法。

火花鉴别法是依靠观察材料被砂轮磨削时所产生的流线、爆花及其色泽判断出钢材化学成分的一种简便方法.火花鉴别常用设备及操作方法火花鉴别常用的设备为手提式砂轮机或台式砂轮机，砂轮宜采用46～60号普通氧化铝砂轮。

手提式砂轮直径为100~150mm，台式砂轮直径为200～250mm，砂轮转速一般为2800~4000r/min。

在火花鉴别时，最好应备有各种牌号的标准钢样以帮助对比、判断。

操作时应选在光线不太亮的场合进行,最好放在暗处，以免强光使火花色泽及清晰度的判别受到影响.操作时使火花向略高于水平方向射出,以便观察火花流线的长度和各部位的火花形状特征.施加的压力要适中，施加较大压力时应着重观察钢材的含碳量；施加较小压力时应着重观察材料的合金元素。

火花的组成和名称1.火束钢件与高速旋转的砂轮接触时产生的全部火花叫做火花束，也叫火束。

火束由根部火花、中部火花和尾部火花三部分组成，如图1-13所示。

图1-13火束的组成2.流线钢件在磨削时产生的灼热粉末在空间高速飞行时所产生的光亮轨迹,称为流线。

流线分直线流线、断续流线和波纹状流线等几种，如图1-14所示。

碳钢火束的流线均为直线流线；铬钢、钨钢、高合金钢和灰铸件的火束流线均呈断续流线;而呈波纹状的流线不常见。

图1-14流线的形状3.节点和芒线流线上中途爆裂而发出的明亮而稍粗的点,叫节点。

火花爆裂时所产生的短流线称为芒线。

因钢中含碳量的不同，芒线有二根分叉、三根分叉、四根分叉和多根分叉等几种，如图1—15所示。

图1-15芒线的形式4。

爆花与花粉在流线或芒线中途发生爆裂所形成的火花形状称为爆花，由节点和芒线组成。

只有一次爆裂芒线的爆花称为一次花,在一次花的芒线上再次发生爆裂而产生的爆花称为二次花，以此类推，有三次花、多次花等，如图1-16所示。

火花鉴别法是将被试验的钢铁材料与高速旋转的砂轮接触，根据钢铁材料在磨削过程中所出现的火花爆裂形状、流线、色泽、发火点等特点区别钢铁材料化学成分差异，来近似地确定钢铁的化学成分的一种方法。

1．火花产生的机理钢铁材料在一定的压力下，放在砂轮上摩擦，由于砂轮的磨削作用，钢铁成屑末状脱离试件，并且沿着砂轮与材料接触点的切线方向作高速运动。

同时被磨削热加热成熔融状态，形成光亮的流线，当流线中熔融状态的金属颗粒与空气中的氧接触时表面被强烈氧化，形成一层FeO薄膜。

钢中的碳在高温下极易与氧发生反应，F eO+C→ Fe+CO，使FeO还原；被还原的Fe将再次被氧化，然后再次还原；这种氧化一还原反应循环进行，会不断产生出CO气体，当颗粒表面的氧化铁薄膜不能控制产生的CO气体时，就有爆裂现象发生从而形成火花。

爆裂的碎粒若仍残留未参加反应的FeO和C时，将继续发生反应，则出现二次、三次或多次爆裂火花。

钢中的碳是形成火花的基本元素，当钢中含有锰、硅、钨、铬、钼等元素时，它们的氧化物将影响火花的线条、颜色和状态。

根据火花的特征，可大致判断出钢材的碳含量和其它元素的含量。

2．火花产生的方式以往研究火花鉴别是采用专用电动砂轮机，其参数：功率为0.20～0.75kW，转速高于3000r/min，所用砂轮粒度为40～60目，中等硬度，直径为φ150～200mm。

磨削时施加压力以20～60N为宜，轻压看合金元素，重压看含碳量。

这种方法需将钢件制成小试样便于手持磨削，现场应用受到一定限制。

对于生产现场的工件可采用风砂轮或电动砂轮进行对比火花鉴别，即将工件与已知成分的钢件试样对比磨削，观察火花的一至程度，来确定钢铁的化学成分。

这种方法需制作一定数量已知化学成分的小试样。

3.火花鉴别的要点钢铁中的含碳量主要是根据火花的爆裂情况加以鉴定的。

碳钢中的含碳量越高，火花越多，火束越多。

对合金钢，由于各种合金元素对火花形状、颜色产生不同影响，因而也可基本上鉴别出合金元素的种类及大概含量。

三、钢铁材料的火花鉴别1.火花鉴别的基本知识火花鉴别是利用钢铁材料在高速旋转的砂轮上磨削时，根据所产生的火花形状、光亮度和色泽等特征大致鉴别钢铁材料的种类及化学成分。

钢铁材料在砂轮上磨削时所射出的全部火花称作火花束，它有根部火花、中部火花和尾部火花组成。

火花束中由灼热发光的粉末形成线条状的火花称为流线。

流线在中途爆炸而形成的稍粗而明亮的点称为节点。

节点处所射出的线称为芒线。

流线或芒线上由节点、芒线所组成的火花称节花。

节花按爆发先后分为一次花、二次花、三次花等。

芒线附近呈现明亮的点称为花粉。

有时在流线尾端会出现不同形状的尾花（菊花状尾花、弧尾花、羽状尾花等）。

2.常用钢铁材料的火花特征碳是钢铁材料火花形成的基本元素，也是火花鉴别法需要测定的主要成分。

由于含碳量不同，其火花形成也不同；合金元素也影响火花的特征。

（1）碳素钢的火花特征随着含碳量的增加，火花束中流线增多，长度逐渐缩短并变细，其形状也由挺直转向抛物线；芒线也逐渐变细变短；节花由一次花逐渐形成二次花，三次花；色泽由草黄带暗红色逐渐转变为亮黄色再转变为暗红色，光亮度逐渐增高。

低碳钢的火花束为粗流线、流线数量少，一次花较多，色泽草黄带暗红。

中碳钢流线较直，中部较粗大，根部稍细，二次花较多，色泽呈黄色。

高碳钢流线长，密而多，有二次花、三次花，色泽呈黄色且明亮。

（2）高速钢（W18Cr4V）的火花特征火花束细长，流线较少，大部分呈断续状态，有时呈波状流线；整个火花束呈暗红色，无火花爆裂；尾端膨胀而下垂成弧尾状。

（3）灰铸铁的火花特征火花束细而短，尾花呈羽状，色泽为暗红色。

第二章用火花法鉴别材料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。

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5-1所示。

图5-1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5-2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5-2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5-3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5-4所示。

图5-4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5-5所示。

图5-5 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5-6所示。

钢材的火花鉴别2009年06月02日星期二 20:26火花鉴别是将钢与高速旋转的砂轮接触，根据磨削产生的火花形状和颜色，近似地确定钢的化学成分的方法。

当钢被砂轮磨削成高温微细颗粒被高速抛射出来时，在空气中剧烈氧化，金属微粒产生高热和发光，形成明亮的流线，并使金属微粒熔化达熔融状态，使所含的碳氧化为CO气体进而爆裂成火花。

根据流线和火花特征，可大致鉴别钢的化学成分。

(1)火花的组成火束：钢材在砂轮上磨削，产生的全部火花叫火束。

整个火束分为根花、间花和尾花。

见图。

流线：火束中线条状的光亮火花叫流线。

由于钢的化学成份不同，流线开头可分为直线流线、断续流线和波浪线。

见图。

含炭量越多流线越短；碳钢的流线多是亮白色，合金钢和铸钢是橙色和红色，高速钢的流线接近暗红色；碳钢的流线为直线状，高速钢的流线程断续状或波纹状。

节点和芒线：流线中途爆裂处较流线粗而亮的点叫节点，见火束示意图中局部放大图。

节点爆裂射出的发光线条叫芒线（又称分叉）。

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之分。

见图。

爆花和花粉：流线中途爆裂所产生的光亮火花叫爆花，又称节花。

爆花由节点和芒线组成，形状见火束示意图中局部放大图。

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。

一次节花是流线上第一次发射出来的节花，它是含碳量在0.25%以下的碳钢的火花特征。

二次节花是在一次节花的芒线上，又一次发生爆裂所呈现的节花，它是含碳量在0.25%--0.6%的中碳钢的火花特征。

三次节花是在二次节花的芒线上，再一次发生爆裂的节花，它是高碳钢的火花特征。

含碳量愈多，三次节花越多、越明亮。

分散在爆花芒线间的点状火花称为花粉，见图。

碳钢有节花，随含炭量增加，节花更多；高速钢一般没有节花，但含钼高速钢稍有节花，而含钨高速钢见不到节花，并流线断续状明显。

尾花：流线尾端呈现出不同形状的爆花称为尾花。

随钢中合金元素不同，尾花的形状分为直羽尾花、狐尾尾花和枪尖尾花等，见图。

实验六__钢铁材料的火花鉴别
一、实验目的
本实验旨在对各种钢铁材料进行火花鉴别，以判别钢的种类，使用X 射线熔池测试，以便确定不同钢铁材料的化学成分、金相结构、硬度等性质。

二、实验原理
火花鉴别法是一种快速的材料鉴别方法，主要是根据钢铁材料放出的火花特性来分析它的材料性质，通过观察得到的火花特性来判断钢铁材料的成分、硬度、组织结构等。

可以准确判断钢铁材料的特性。

火花鉴别法的原理是当钢铁材料受到强脉冲电流或高功率电流的攻击时，它会发生热裂解，然后产生火花。

在火花产生过程中，不同成分的钢铁会产生不同的火花特性，由此可以反应出不同材料的特性，从而判别所测试材料的种类。

三、实验设备
1、脉冲电源：脉冲电源是一种发出强脉冲电流的设备，可以设定不同的时间间隔和持续时间，用于火花鉴别实验。

2、火花收集器：火花收集器用来收集火花，是火花鉴别实验中不可或缺的设备。

3、钢铁材料标本：本实验中使用的钢铁材料标本是各种钢铁材料分类的参考样品，用来做对比研究。

四、实验步骤
1、准备实验：安装火花收集器，准备好脉冲电源，准备钢铁材料标本。

2、设定脉冲电源：调整脉冲电源的脉冲宽度和时间间隔。

实验一 金属材料的火花鉴别一、实验目的将钢铁材料放在旋转的砂轮上打磨时，观察迸射出的火花的形状和颜色，据此可大致判断其化学成分，这就是火花鉴别法。

本实验的目的是让学生学习、并掌握一种在生产现场鉴别钢铁材料的简便实用的方法，加深理解成分对材料性能的影响。

二、火花鉴别法的原理当钢铁材料的试样在砂轮上打磨时，磨下的颗粒被磨削热加热至高温状态，并沿砂轮旋转的切线方向抛射，形成光亮的流线。

灼热的金属颗粒表面与空气中的氧作用形成氧化物膜，氧化物进而与钢铁颗粒中的碳作用产生一氧化碳气体，当此气体压力足够高时，将使氧化膜爆裂而形成火花。

根据火花的形状、色泽和亮度等，可判断材料中的含碳量。

同时，合金元素也能影响火花的特征，例如可促进或抑制火花的爆裂等，因此火花鉴别法还能区别钢铁中主要合金元素的种类。

磨削产生的全部火花称为火花束，它由根部、中部和尾部火花三部分构成。

火花束中由灼热颗粒在空中划出的明亮线条状轨迹称为流线。

流线上的爆裂点叫做节点。

节点处射出的若干短流线称为芒线。

流线或芒线上由节点、芒线组成的火花叫节花。

流线上的节花称为一次花，芒线上的节花叫二次花，二次花在芒线上如果再爆裂一次花二次花，其节花称为三次花，见图 1。

有时流线尾端还会形成不同形状的尾花。

图1 火花束的构成常用钢铁材料的火花特征如下：低碳钢的火花流线粗、长、稀，节花少且多为一次花，芒线粗而长，火花束呈草黄色；高碳钢的火花流线细、短、多而密，节花多且花型小，多为二次花和三次花，还有花粉与小碎花，火花束呈明亮黄色；中碳钢的火花特点介于上述二者之间，节花以二次花居多，色泽为黄色。

高速钢的火花流线少而细长，几乎没有节花，尾部膨胀下垂，略有三四根流线爆裂，色泽为暗红色。

灰铸铁的火花束很短，带有较多节花，大多呈羽毛状，靠近砂轮的花呈暗红色，远离砂轮者呈赤橙色。

几种钢铁材料的火花特征如图 2 所示。

图2 几种钢铁材料的火花特征a)15钢；b)40钢；c)T10钢；d）灰铸铁三、实验设备与材料直径 200~250mm的砂轮机，砂轮的为粒度 46~60 # ；低碳钢、中碳钢、高碳钢、高速钢、铸铁、高速钢等试样。

钢铁材料的⽕花鉴别钢铁材料的⽕花鉴别⽕花鉴别是钢铁材料化学成分现场控制⼿段中最为简易的⽅法之⼀，其特点是设备简单，操作⽅便，对⾦属牌号及其化学成分的鉴定分析速度快，准确性强，在临场分析中不必破坏试件，基本能满⾜⾦属材料⽣产和热处理⼯艺要求．尤其对⼈批量⾦属材料的鉴别和分析更发挥了它的优点，这是化学分析法和其它物理分析法所不能⽐拟的。

⼀、⽕花鉴别的应⽤范围1．在浇铸和冶炼的企业，⽕花鉴别可⽤于钢铁废⾦属原料的外购、炉前搭配废钢铁原料的检查．以及⾦属成品的化学成分检杏。

对于炼钢炉前现场快速分析鉴定．⽕花鉴别也是极为有效的⽅法，能在⼏秒钟的时间⾥分析出炉内钢⽔是否已符合熔炼制造所要求牌号的化学成分2．在⾦属材料热处理或锻压加⼯前，应⽤⽕花分析法核对其材料牌号，就能正确掌握其加热温度和加热时间，防⽌产⽣废品。

3．⽕花分析法能检验钢材是否经过渗碳、渗氮处理。

能判断渗碳层及氮化层的深度、均匀性，对于渗碳钢还能分析渗碳层的含碳量。

4．⽕花分析法能有效地检验钢材表⾯的脱碳情况，观察其脱碳层深度、尤其是利⽤钢材表⾯脱碳层来观察⽕花图，能有效地分析合⾦成分的含量，这是每⼀个⽕花分析⼯作者准确分析合⾦成分的诀窍。

5．对于⾦属材料仓库，在装卸搬运过程中容易发⽣混料事故，⽽⽕花分析法是杜绝混钢事故的最简单最有效的⽅法。

6．化学分析⼈员在化验⼯作前对被分析的⾦属材料作⼀次⽕花分析，可以省略试样中未含元素的化学分析⼯作，同时可以验证化学分析的结果正确与否。

物理分析的⼈员进⾏⽕花分析．可对⾦属材料的牌号做到⼼中有数，有利于对⾦属材料的抗拉强度、延伸率、断⾯收缩率及⾦相组织等作进⼀步分析。

⼆、⽕花形成原理钢铁材料在⼀定的压⼒下与旋转砂轮接触时，砂轮对⼯件产⽣切削作⽤，从⼯件产⽣的钢铁微粒被磨削热加热成熔融状态脱离⼯件，沿砂轮切线⽅向作⾼速运动，产⽣光亮的流线形成⽕花束，这些⾼温熔融状态的⾦属颗粒与空⽓中的氧⽓接触会形成氧化膜，钢中的碳元素，在⾼温下极易与氧结合形成⼀氧化碳，发⽣还原反应，这时被还原的铁再度被空⽓氧化，然后再还原．这种反应多次重复，当⼀氧化碳⽓体压⼒超过熔融⾦属的表⾯张⼒时便爆裂成⽕花，同时⾼温钢粒在空间运⾏形成切向的轨迹，就是我们所见的⼀条光亮线和光亮⽕花。