机械工程材料基本知识(3)

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。

火花鉴别的要点是：详细观察火花的火束粗细、长短、花次层叠程度和它的色泽变化情况。注意观察组成火束的流线形态，火花束根部、中部及尾部的特殊情况和它的运动规律，同时还要观察火花爆裂形态、花粉大小和多少。

（一）火花组成

（1）火花束 火花束是指被测材料在砂轮上磨削时产生的全部火花，常由根部、中部、尾部组成，见图1-1。

图1-1 火花束

（2）流线 从砂轮上直接射出的好像直线的火流称为流线。每条流线都由节点、爆花和尾花组成，见图1-2。

图1-2 火花束的构成

（3）节点 节点就是流线上火花爆裂的原点，呈明亮点。

图1-3 节花的形成

（4）爆花 爆花就是节点处爆裂的火花。钢的化学成分不同，尾花的形状也不同。通常，尾花可分为狐尾尾花、枪尖尾花、菊花状尾花、羽状尾花等。

（二）常用钢铁材料的火花特征

碳是钢铁材料火花的基本元素，也是火花鉴别法测定的主要成分。由于含碳量的不同，其火花形状不同。

1．碳素钢火花的特征

① 通常低碳钢火花束较长，流线少，芒线稍粗，多为一次花，发光一般，带暗红色，无花粉。图1-4为20钢的火花特征。

图1-4 20钢的火花特征

② 中碳钢火花束稍短，流线较细长而多，爆花分叉较多，开始出现二次、三次花，花粉较多，发光较强，颜色橙。图1-5为45钢的火花特征。

图1-5 45钢的火花特征

③ 高碳钢火花束较短而粗，流线多而细，碎花、花粉多，又分叉多且多为三次花，发光较亮。图1-6为T12钢的火花特征。

图1-6 T12钢的火花特征

2．铸铁的火花特征

铸铁的火花束很粗，流线较多，一般为二次花，花粉多，爆花多，尾部渐粗

下垂成弧形，颜色多为橙红。火花试验时，手感较软。图1-7为HT200的火花特行征。

图1-7 HT200的火花特征。

3．合金钢的火花特征

合金钢的火花特征与其含有的合金元素有关。一般情况下，镍、硅、钼、钨等元素抑制火花爆裂，而锰、钒铬等元素却可助长火花爆裂。所以对合金钢的鉴别难掌握。

一般铬钢的火花束白亮，流线稍粗而长，爆裂多为一次花、花型较大，呈大星形，分叉多而细，附有碎花粉，爆裂的火花心较明亮。

镍铬不锈钢的火花束细，发光较暗，爆裂为一次花，五、六根分叉，呈星形，尖端微有爆裂。

高速钢火花束细长，流线数量少，无火花爆裂，色泽呈暗红色，根部和中部为断续流线，尾花呈弧状。

1.3.2 色标鉴别法

生产中为了表明金属材料的牌号、规格等，常做一定的标记，如涂色、打印、挂牌等。金属材料的涂色标志是表示钢号、钢种的，涂在材料一端的端面或端部。具体的涂色方法在有关标准中做了详细规定，现举例如下：

碳素结构钢Q235钢为红色；

优质碳素结构钢20钢为棕色加绿色，45钢为白色加棕色； 合金结构钢20CrMnTi钢为黄色加黑色，40CrMo钢为绿色加紫色； 铬轴承钢GCr15钢为蓝色； 高速钢W18Cr4V钢为棕色加蓝色； 不锈钢1Cr18Ni9Ti钢为绿色国蓝色； 热作模具钢5CrMnMo钢为紫色加白色。

1.3.3 断口宏观鉴别法

材料或零部件因受某些物理、化学或机械作用的影响而导致破断，此时所形成的自然表面称为断口。生产现场根据断口的自然形态判定材料的韧脆性，从而推断材料含碳量的高低。若断口呈纤维状，无金属光泽，，颜色发暗，无结晶颗粒，且断口边缘有明显的塑性变形特征，则表明钢材具有良好的塑性和韧性，含碳量较低。若断口齐平，呈银灰色，且具有明显的金属光泽和结晶颗粒，则表明属脆性材料。而过共析钢或合金经淬火后，断口呈亮灰色，具有绸缎光泽，类似于细瓷器断口特征。常用钢铁材料的断口特点大致如下：

低碳钢不易敲断，断口边缘有明显的塑性变形特征，有微量颗粒； 中碳钢的断口边缘的塑性变形特征没有低碳钢明显，断口颗粒较细、较多； 高碳钢的断口边缘无明显塑性变形特征，断口颗粒很细密； 铸铁极易敲断，断口无塑性变形，晶粒粗大，呈暗灰色。 1.3.4 音色鉴别法

根据钢铁敲击时发出的声音不同，以区别钢和铸铁的方法称为音色鉴别法。 敲击时，发出比较清脆声音的材料为钢，发出较低沉声音的材料为铸铁。 为了准确地鉴别材料，在以上几种现场鉴别的基础上，一般还可采用化学分析、金相检验以及硬度试验等手段进行鉴别。

1.4 钢的常用热处理

热处理就是通过对固态金属的加热、保温和冷却，来改变金属的显微组织及其形态，从而提高或改善金属的机械性能的一种方法。铸造、锻压、焊接和机加工的目的是使零件成形或改变其形状，而热处理的目的是改变金属材料的组织和性能，而不要求改变零件的形状和尺寸，各种机械零件中，大多数或绝大多数都要经过热处理才投入使用。钢的热处理对提高和改善零件的机械性能发挥着十分重要的作用。

热处理方法很多，常用的有退火、正火、淬火、回火和表面热处理等。热处理既可以作为预先热处理以消除上一道工序所遗留的某些缺陷，为下一道工序准备好条件；也可作为最终热处理进一步改善材料的性能，从而充分发挥材料的潜力，达到零件的使用要求。因此，不同的热处理工序常穿插在零件制造过程的各个热、冷加工工序中进行。

任何一种热处理的工艺过程，都包括下列三个步骤：

（1）以一定速度把零件加热到规定的温度。这个温度范围根据不同的金属材料、不同的热处理要求而定。

（2）在此温度下保温，使工件全部或局部热透。 （3）以某种速度把工件冷却下来。

钢的热处理工艺规范如图1-8所示。通过控制加热温度和冷却速度，可以在很大范围内改变金属材料的性能。

图1-8 钢的热处理工艺曲线

1.4.1 退火

退火是把工件加热到适当的温度（对碳钢一般加热至780～900℃），保温一定时间后随炉子降温而冷却的热处理方法。

工具钢和某些重要结构零件的合金钢有时硬度较高，铸、锻、焊后的毛坯有时硬度不均匀，存在着内应力。为了便于切削加工，并保持加工后的精度，常对工件施以退火处理。

退火后的工件硬度较低，消除了内应力，同时还可以使材料的内部组织均匀细化，为进行下一步热处理（淬火等）做好准备。

加热时温度控制应准确。温度过低达不到退火目的，温度过高又会造成过热、过烧、氧化、脱碳等缺陷。操作时还应注意零件的放置方法，当退火的主要目的是为了消除内应力时更应注意。如对于细长工件的稳定尺寸退火，一定要在井式炉中垂直吊置，以防止工件由于自身重力所引起的变形。

操作时还应注意不要触碰电阻丝，以免短路。为保证安全，应安装炉门开启断电装置，装炉和取出工件时能自行断电。

2．正火

将工件放到炉中加热到适当温度，保温后出炉空冷的热处理方法叫正火。正

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