热处理钢件火花试验方法介绍

热处理钢件火花试验方法

1 范围

本标准规定了用砂轮机对钢锭、钢坯、钢材进行火花试验（以下称试验）的方法。

本标准适用于对热处理用钢件进行钢种的推定或鉴别。

2 规范性引用文件

下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB/T 2485 固结磨具 技术条件

GB 2494 普通磨具 安全规则

JB 8799 砂轮机 安全防护技术条件

3 术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1 钢的火花试验 spark test forsteels

根据钢件在砂轮机上磨削出火花的特征推定或鉴别具体钢种。

注：火花试验适用于碳钢、合金钢及铸铁等，能鉴别出钢中的常见合金元素，但对S、P、Cu、Al及Ti等元素无法分辨其火花特征。

3.2 钢种的推定 presumption of steel grade

对钢种不明的待测件进行试验，推定其钢种。

3.3 异种钢材的鉴别 identification of different material

对可能混入的异种钢材（待测件）进行试验，鉴别异材或确认有无异材混入。

4 火花的形状及名称

4.1 钢件在砂轮机上磨削出的火花形状及名称如图1所示。

图1 火花的形状及名称

4.2 火花流线（简称流线）为钢件磨削时，高温熔融状的钢铁屑末从砂轮上直接飞射出来形成的趋于直线状的光亮轨迹。流线的长度、亮度及颜色与化学成分相关。

4.3 爆花为钢件磨削时，熔融态钢屑末在飞射中被强烈氧化爆裂而成。组成爆花的每一根细小流线称为芒线。在芒线之间可见有点状似花粉分布的亮点，称为花粉。

5 试验器具

5.1 为使试验条件一致，通常应使用同一试验器具。

5.2 应采用能充分磨削出火花、便于观察并能安全进行磨削的砂轮机，电动型（固定式或移动式）、压缩空气型均可使用。

5.3 应使用符合GB/T 2485技术要求所规定的陶瓷结合剂砂轮。砂轮的粒度为F36或F46。移动式砂轮直径为100～150mm，固定式砂轮直径为200～250mm。试验时，一般线速度应大于20m/s，但不能超过所用砂轮的最高允许速度，应符合GB 2494的安全规则。砂轮机的使用应符合JB 8799规定的安全防护要求。

5.4 为防止风的影响、避免直射光及需调节周围的亮度时，可使用适合于进行火花试验的暗幕、屏障物或移动暗箱。

6 标准试样

6.1 将已知化学成分的各种钢棒作为标准试样。标准试样一般为棒料，直径为12～25mm，长度为100～150mm。

6.2 标准试样的化学成分应按相关国家标准所规定的方法确定。

6.3 标准试样在试验前，应去除脱碳层、氧化层及气割层等，使其所产生的火花信息能准确代表该钢种。

6.4 标准试样应尽可能与待测件有相似的工艺过程。

7 试验方法

7.1 试验规则

7.1.1 试验应使用同一器具，并在相同条件下进行。

7.1.2 原则上，试验应在适当的暗室内进行。若在室外或明亮处进行时，应使用辅助器具，可调节背景亮度，防止光线直射火花，使其不影响对火花的颜色和亮度进行观察。

7.1.3 进行试验时，应避免风的影响，尤其不可逆风产生火花。

7.1.4 首先去除待测件表面的脱碳层、氧化层及气割层等，使其能磨削出代表待测件真实化学成分的火花。

7.1.5 待测件、标准试样对砂轮的压力，或砂轮对待测件、标准试样的压力应尽量保持均匀、相等。原则上，所使用的压力应使碳含量（质量分数）为0.2%的碳素钢所产生的火花长度达500mm左右。

7.1.6 火花应向水平或斜上方飞溅。观察火花时，原则上应从流线后方或从流线侧面观察，并可在一定条件下拍摄数码图像。

7.1.7 观察火花时，应在其根部、中央及尾部各部位，对火花的流线、流线上的爆花等特征按下列项目加以观察及判别。

7.1.7.1 流线。观察颜色、亮度、长度、粗细及条数等。

7.1.7.2 爆花。观察形状、大小、数量及花粉等。

7.1.7.3 手感度。硬或软。

7.2 钢种推定试验

7.2.1 进行钢种推定时，应按7.1的规则进行试验，按第8章的要求观察流线、爆花等特征，在推测含碳量、合金元素的种类和大致含量之后推定钢种。

7.2.2 钢种的具体推定过程，应按8.2的规定进行。

7.2.3 按8.2的推定顺序，在初步推定钢种之后，再与标准试样进行火花比较，修正推定结果。

7.3 异种钢材鉴别试验

7.3.1 取相当于待测钢种的标准试样进行试验，并确认其火花。

7.3.2 对全部试样件按7.1的规则进行试验，按第8章钢种推定的顺序观察火花。异种钢材的鉴别依下述步骤进行。

7.3.2.1 所有观察项目均与标准试样无差异时，可推定无异种钢材混入。

7.3.2.2 观察项目中，若有一项以上与标准试样有显著差异时，将具有此差异的试样件作为异种钢材。

7.3.2.3 观察项目中，若有无法确认的项目时，须进行化学分析或其他试验后，做更进一步的确认。

8 钢种推定的准则

8.1 钢种推定方法

8.1.1 碳素钢的火花特征

包括火花流线特征（颜色、亮度、长度及数量等）、爆花特征（形状、大小、数量及花粉等）及手感度等，参见附录A。部分碳素钢火花参考图参见附录B。

8.1.2 钢件中合金元素的火花特征

包括合金元素对火花特性的影响（流线、爆花等）及手感度等，参见附录C。部分合金钢的火花参考图参见附录D。

8.2 钢种推定的顺序

8.2.1 根据火花试验法，钢种推定顺序见表1、表2。

表1 有碳元素爆花试样的钢种推定顺序表

8.2.2 首先根据有无碳元素爆花，大致可区分为碳素钢、低合金钢或高合金钢两大类，应按表1及表2的顺序进一步推定钢种。

8.2.3 碳素钢、低合金钢的进一步推定。

8.2.3.1 首先根据碳元素爆花分叉数量及形态推定碳含量，大致区分碳含量（质量分数）为＜0.25%、0.25%～0.5%及＞0.5%等三类（表1中的第1分类）。8.2.3.2 若碳含量（质量分数）在0.5%以下，可能含Ni、Cr、Si、Mo、Mn等合金元素时，及若碳含量（质量分数）在0.5%以上，除含以上的合金元素外，还会含有W、V等合金元素时，根据表1中的第2分类检查是否含有这些特殊元素来推定是碳素钢还是低合金钢。

8.2.3.3 若为低合金钢时，应观察合金元素的火花特征，根据其种类及含量来推定钢种。

8.2.4 高合金钢：主要根据其流线的颜色来区分不锈钢、耐热钢、高速工具钢及合金工具钢（如表2的第1、2分类）。这些高合金钢因含有Ni、Cr、Mo、W、V及Co等合金元素，可根据其火花的特征，观察出合金元素种类及含量来推定钢种。

9 使用火花试验方法难以判别及无法判别的钢种的处理

当待测件的火花不典型，钢种推定非常困难或无法判断时，应采用化学分析方法或其他试验方法来推定其钢种。

10 安全生产与职业健康要求

试验过程中的安全生产与职业健康要求应符合国家的相关规定。

附录A

（资料性附录）

碳素钢的火花特征

碳素钢的火花特征见表A.1，碳素钢的火花特性如图A.1所示，碳素钢火花的特征（碳的火花分叉）如图A.2所示。

表A.1 碳素钢的火花特征

表2 无碳元素爆花试样的钢种推定顺序表

8.2.2 首先根据有无碳元素爆花，大致可区分为碳素钢、低合金钢或高合金钢两大类，应按表1及表2的顺序进一步推定钢种。

8.2.3 碳素钢、低合金钢的进一步推定。

8.2.3.1 首先根据碳元素爆花分叉数量及形态推定碳含量，大致区分碳含量（质量分数）为＜0.25%、0.25%～0.5%及＞0.5%等三类（表1中的第1分类）。8.2.3.2 若碳含量（质量分数）在0.5%以下，可能含Ni、Cr、Si、Mo、Mn等合金元素时，及若碳含量（质量分数）在0.5%以上，除含以上的合金元素外，还会含有W、V等合金元素时，根据表1中的第2分类检查是否含有这些特殊元素来推定是碳素钢还是低合金钢。

8.2.3.3 若为低合金钢时，应观察合金元素的火花特征，根据其种类及含量来推定钢种。

8.2.4 高合金钢：主要根据其流线的颜色来区分不锈钢、耐热钢、高速工具钢及合金工具钢（如表2的第1、2分类）。这些高合金钢因含有Ni、Cr、Mo、W、V及Co等合金元素，可根据其火花的特征，观察出合金元素种类及含量来推定钢种。

9 使用火花试验方法难以判别及无法判别的钢种的处理

当待测件的火花不典型，钢种推定非常困难或无法判断时，应采用化学分析方法或其他试验方法来推定其钢种。

10 安全生产与职业健康要求

试验过程中的安全生产与职业健康要求应符合国家的相关规定。

附录A

（资料性附录）

碳素钢的火花特征

碳素钢的火花特征见表A.1，碳素钢的火花特性如图A.1所示，碳素钢火花的特征（碳的火花分叉）如图A.2所示。

表A.1 碳素钢的火花特征

图A.1 碳素钢的火花特性

图A.1 碳素钢的火花特性

图A.2 碳素钢火花的特征（碳的火花分叉）

附录B

（资料性附录）

碳素钢的火花参考图

所列钢种源自GB/T 1298，火花参考图如图B.1～B.7所示。

图A.2 碳素钢火花的特征（碳的火花分叉）

附录B

（资料性附录）

碳素钢的火花参考图

所列钢种源自GB/T 1298，火花参考图如图B.1～B.7所示。

图B.1 碳含量（质量分数）约0.03%钢的火花参考图

注：几乎只有流线，较粗大，可见少量毛刺。

图B.1 碳含量（质量分数）约0.03%钢的火花参考图

注：几乎只有流线，较粗大，可见少量毛刺。

图B.2 碳含量（质量分数）约0.08%钢的火花参考图

注：以流线为主，有少量2分又及3分叉的爆花。

图B.2 碳含量（质量分数）约0.08%钢的火花参考图

注：以流线为主，有少量2分又及3分叉的爆花。

图B.3 碳含量（质量分数）约0.20%钢的火花参考图

注：爆花中出现3分又及2次花。

图B.3 碳含量（质量分数）约0.20%钢的火花参考图

注：爆花中出现3分又及2次花。

图B.4 碳含量（质量分数）约0.45%钢的火花参考图

注：相对明亮些，爆花中出现3次分叉花。

图B.4 碳含量（质量分数）约0.45%钢的火花参考图

注：相对明亮些，爆花中出现3次分叉花。

图B.5 碳含量（质量分数）约0.60%钢的火花参考图

注：流线多而亮，爆花分叉长，带有花粉。

图B.5 碳含量（质量分数）约0.60%钢的火花参考图

注：流线多而亮，爆花分叉长，带有花粉。

图B.6 碳含量（质量分数）约0.80%钢的火花参考图

注：流线相对短些，暗些带红，爆花多但较小。

图B.6 碳含量（质量分数）约0.80%钢的火花参考图

注：流线相对短些，暗些带红，爆花多但较小。

图B.7 碳含量（质量分数）0.90%～1.20%钢的火花参考图

注：流线偏短，趋红色，爆花小。

附录C

（资料性附录）

合金钢的火花特征

合金元素对火花特性的影响见表C.1、合金元素的火花特征如图C.1所示。

表C.1 合金元素对火花特性的影响

图B.7 碳含量（质量分数）0.90%～1.20%钢的火花参考图

注：流线偏短，趋红色，爆花小。

附录C

（资料性附录）

合金钢的火花特征

合金元素对火花特性的影响见表C.1、合金元素的火花特征如图C.1所示。

表C.1 合金元素对火花特性的影响

图C.1 合金元素的火花特征(www.xing528.com)

附录D

（资料性附录）

合金钢的火花参考图

所列钢种分别源自GB/T 1222、GB/T 1299、GB/T 3077、GB/T 9943、GB/T 18254及GB/T 20878，如图D.1～D.21所示。

图C.1 合金元素的火花特征

附录D

（资料性附录）

合金钢的火花参考图

所列钢种分别源自GB/T 1222、GB/T 1299、GB/T 3077、GB/T 9943、GB/T 18254及GB/T 20878，如图D.1～D.21所示。

图D.1 20Cr钢火花参考图

注：花根区火花类似20钢，色泽略为明亮。

图D.1 20Cr钢火花参考图

注：花根区火花类似20钢，色泽略为明亮。

图D.2 40Cr钢火花参考图

注：花根区域爆花略为明亮。

图D.2 40Cr钢火花参考图

注：花根区域爆花略为明亮。

图D.3 20CrMo钢火花参考图

注：除有碳含量（质量分数）约0.2%钢的火花特征外，流线尾端可见Mo的箭头状特征。

图D.3 20CrMo钢火花参考图

注：除有碳含量（质量分数）约0.2%钢的火花特征外，流线尾端可见Mo的箭头状特征。

图D.4 30CrMo钢火花参考图

注：爆花及分叉较20CrMo相对多，隐约可见Mo的箭头状特征。

图D.4 30CrMo钢火花参考图

注：爆花及分叉较20CrMo相对多，隐约可见Mo的箭头状特征。

图D.5 42CrMo钢火花参考图

注：除有碳含量（质量分数）约0.45%钢的火花特征外，隐约可见Mo的箭头状特征。

图D.5 42CrMo钢火花参考图

注：除有碳含量（质量分数）约0.45%钢的火花特征外，隐约可见Mo的箭头状特征。

图D.6 20CrMnTi钢火花参考图

注：具有20钢的火花特点，但爆花更亮，分叉更长些。

图D.6 20CrMnTi钢火花参考图

注：具有20钢的火花特点，但爆花更亮，分叉更长些。

图D.7 38CrMoAl钢火花参考图

注：流线呈暗红色，爆花为多根分叉的一次花，部分爆花尖端有花粉，受Al影响，爆花量减少，并有箭头状尾花。

图D.7 38CrMoAl钢火花参考图

注：流线呈暗红色，爆花为多根分叉的一次花，部分爆花尖端有花粉，受Al影响，爆花量减少，并有箭头状尾花。

图D.8 5CrNiMo钢火花参考图

注：流线细，可见菊花状爆花(Cr)、膨胀节(Ni)及箭头状尾花(Mo)。

图D.8 5CrNiMo钢火花参考图

注：流线细，可见菊花状爆花(Cr)、膨胀节(Ni)及箭头状尾花(Mo)。

图D.9 60Si2Mn钢火花参考图

注：流线呈金黄色，有60钢的特征，但由于Si的抑制作用，爆花相对小，隐约可见Si的苍耳果实状特征花样。

图D.9 60Si2Mn钢火花参考图

注：流线呈金黄色，有60钢的特征，但由于Si的抑制作用，爆花相对小，隐约可见Si的苍耳果实状特征花样。

图D.10 3Cr2W8V钢火花参考图

注：流线稍短、稀少，根部暗红，尾部明亮，尾端呈秃尾、狐尾状，部分流线呈断续状，无爆花。

图D.10 3Cr2W8V钢火花参考图

注：流线稍短、稀少，根部暗红，尾部明亮，尾端呈秃尾、狐尾状，部分流线呈断续状，无爆花。

图D.11 12CrNi3A钢火花参考图

注：从花根至中部可见膨胀闪光的特征。

图D.11 12CrNi3A钢火花参考图

注：从花根至中部可见膨胀闪光的特征。

图D.12 GCr15钢火花参考图

注：火花流线较细，爆花多、分叉多，中央及尾端都有花粉，根部爆花也较明显。

图D.12 GCr15钢火花参考图

注：火花流线较细，爆花多、分叉多，中央及尾端都有花粉，根部爆花也较明显。

图D.13 GCr15SiMn钢火花参考图

注：与GCr15相比，色泽偏红，花粉多，但爆花小些。

图D.13 GCr15SiMn钢火花参考图

注：与GCr15相比，色泽偏红，花粉多，但爆花小些。

图D.14 W18Cr4V钢火花参考图

注：流线极暗，断续暗红色，尾部膨胀下垂，形成点状狐尾花(W特征)，无明显爆花。

图D.14 W18Cr4V钢火花参考图

注：流线极暗，断续暗红色，尾部膨胀下垂，形成点状狐尾花(W特征)，无明显爆花。

图D.15 W6Mo5Cr4V2钢火花参考图

注：流线比W18Cr4V钢明显增多变粗且更亮，部分断续状，尾段有膨胀，有爆花。

图D.15 W6Mo5Cr4V2钢火花参考图

注：流线比W18Cr4V钢明显增多变粗且更亮，部分断续状，尾段有膨胀，有爆花。

图D.16 20Cr13钢火花参考图

注：由于受高Cr影响，流线细、少、短，尾部相对明亮，出现较强烈爆花。

图D.16 20Cr13钢火花参考图

注：由于受高Cr影响，流线细、少、短，尾部相对明亮，出现较强烈爆花。

图D.17 9CrWMn钢火花参考图

注：流线细、短，根部呈暗红色，尾段较明亮，尾端秃状，爆花不大但多次分叉，有花粉。

图D.17 9CrWMn钢火花参考图

注：流线细、短，根部呈暗红色，尾段较明亮，尾端秃状，爆花不大但多次分叉，有花粉。

图D.18 4Cr5MoSiV1（H13）钢火花参考图

注：流线短，根部暗，在尾段膨胀，爆花不多且小，但亮，在中段分叉少，刺状，尾段偶有星状花。

图D.18 4Cr5MoSiV1（H13）钢火花参考图

注：流线短，根部暗，在尾段膨胀，爆花不多且小，但亮，在中段分叉少，刺状，尾段偶有星状花。

图D.19 Cr12MoV钢火花参考图

注：流线细而短，根部密集，尾段可见大量菊花状爆花。

图D.19 Cr12MoV钢火花参考图

注：流线细而短，根部密集，尾段可见大量菊花状爆花。

图D.20 40Cr10Si2Mo钢火花参考图

注：流线呈暗红色，较短，部分断续状，无碳素爆花，中部及尾端流线有少量白色膨胀。

图D.20 40Cr10Si2Mo钢火花参考图

注：流线呈暗红色，较短，部分断续状，无碳素爆花，中部及尾端流线有少量白色膨胀。

图D.21 06Cr17Ni12Mo2钢火花参考图

注：流线少，部分趋暗红，偶有断续，无爆花、毛刺，隐约可见因Ni的尾段膨胀。

附录E

（资料性附录）

本标准与JIS G 0566不同的火花图钢种对照

本标准与JIS G 0566不同的火花图钢种对照见表E.1。

表E.1 本标准与JIS G 0566不同的火花图钢种对照

图D.21 06Cr17Ni12Mo2钢火花参考图

注：流线少，部分趋暗红，偶有断续，无爆花、毛刺，隐约可见因Ni的尾段膨胀。

附录E

（资料性附录）

本标准与JIS G 0566不同的火花图钢种对照

本标准与JIS G 0566不同的火花图钢种对照见表E.1。

表E.1 本标准与JIS G 0566不同的火花图钢种对照

注：括号内为对应的我国钢种牌号。

附录F

（资料性附录）

火花数码图制作推荐方法

F.1 数码相机选择

相机应具有手动调整焦距、感光值、快门速度、光圈值和连续拍摄的功能，像素数大于1200万。

F.2 拍摄环境

应符合本标准7.1.2的要求。

F.3 拍摄（记录）条件

F.3.1 取景时应至少能纳入500mm长的火花图像。

F.3.2 快门速度

要留下火花的轨迹，快门速度不宜过快，一般取1/25～1/10s，相机宜固定位置。

F.3.3 光圈值

在保证正常曝光的前提下，尽量采用大数值光圈用以扩大景深，一般为f/5.6～f/11。

F.3.4 感光度

ISO 400，对高合金钢火花宜提高至ISO 800～ISO 1600。

F.3.5 焦距

必须人工测量至产生火花的距离来手动定焦。

F.4 图像处理

可采用常规图像处理软件对图片进行剪裁、调整等适当处理。

注：括号内为对应的我国钢种牌号。

附录F

（资料性附录）

火花数码图制作推荐方法

F.1 数码相机选择

相机应具有手动调整焦距、感光值、快门速度、光圈值和连续拍摄的功能，像素数大于1200万。

F.2 拍摄环境

应符合本标准7.1.2的要求。

F.3 拍摄（记录）条件

F.3.1 取景时应至少能纳入500mm长的火花图像。

F.3.2 快门速度

要留下火花的轨迹，快门速度不宜过快，一般取1/25～1/10s，相机宜固定位置。

F.3.3 光圈值

在保证正常曝光的前提下，尽量采用大数值光圈用以扩大景深，一般为f/5.6～f/11。

F.3.4 感光度

ISO 400，对高合金钢火花宜提高至ISO 800～ISO 1600。

F.3.5 焦距

必须人工测量至产生火花的距离来手动定焦。

F.4 图像处理

可采用常规图像处理软件对图片进行剪裁、调整等适当处理。