金工实习：现场金属材料鉴别技巧

金属材料的来源丰富，并具有优良的使用性能和加工性能，是机械工程中普遍应用的材料。在金属材料中，应用最为广泛的是铸铁和钢，它们都是以铁和碳为基本组成元素的铁碳合金，其中：含碳量为0.021 8%~2.11%的称为钢，含碳量大于2.11%的称为铸铁。

金属材料的现场鉴别方法有多种，可根据金属材料的颜色、光泽、硬度、比重等特性来进行判断。例如在有色金属中，纯铜为紫红色，铜合金为黄青色，铝及铝合金为银白色；铅锡合金的比重较大，铝合金的比重较小，等等。在黑色金属中，现场鉴别钢铁材料的方法更有很多种，其中最简易的方法是火花鉴别法和色标鉴别法等。

火花鉴别法是将钢铁材料轻轻压在高速旋转的砂轮机上进行打磨，观察迸射出的火花形态与颜色，通过目测判断钢铁成分大致范围的一种简易方法。

1．火花的形成

火花的形成如图1-3所示：钢材在砂轮机上打磨时，摩擦产生的高热使磨削部位迅速发红变亮，灼热的磨屑沿切线方向迸射飞出形成火花；无数火花构成火花束；仔细观察，火花束可分为根部花、中部花、尾部花三部分。

图1-3　火花的形成

2．火花束的组成要素

火花束的组成要素如图1-4所示：由灼热磨屑形成的线条状火花称为流线；流线在飞行途中爆炸生成稍粗的亮点称为节点；节点爆裂时所迸射出的细线条称为芒线；芒线附近的许多呈现明亮的小点称为花粉。若干条芒线组成的放射状火花称为节花，节花可分为一次花、二次花、三次花等。流线尾部出现的火花称为尾花，由于钢材的化学成分不同，尾花的形态也各不相同，主要有苞状尾花、狐尾状尾花、菊状尾花、羽状尾花等多种，如图1-5所示。

图1-4　火花束的组成要素

图1-5　各种尾花的形态

（a）苞状尾花；（b）狐尾状尾花；（c）菊状尾花；（d）羽状尾花(www.xing528.com)

3．常用钢铁材料的火花特征

通常情况下，碳素钢的含碳量增高，则流线加多，火花束变短，爆花与花粉增多，火花亮度增强，手感变硬。例如：20钢磨削时手感较软火花束较长，颜色草黄带红，流线略呈弧形，芒线稍粗形成一次爆花，其火花如图1-6（a）所示；45钢的火花束稍短，颜色橙黄略显明亮，流线较细较长且多在流线尾端附近爆裂分叉，呈多叉状二次花爆裂，花粉较多，磨削时手感反抗力稍硬，其火花如图1-6（b）所示；T10钢的火花束粗短，颜色暗红，流线细密量多，爆花为多次爆裂，爆花量多并重叠，有碎花和大量花粉，磨削时手感较硬，其火花如图1-6（c）所示；灰口铸铁的火花束短而细，流线呈暗橙红色，尾部渐粗，下垂成弧形，呈羽毛状尾花，有少量二次爆花，磨削时手感较软，其火花如图1-6（d）所示；高速钢W18Cr4V的火花束细长，流线数量少，无火花爆裂，色泽暗红，根部和中部为断续流线，呈狐尾状尾花，磨削时手感较硬，其火花如图1-6（e）所示。

图1-6　五种钢铁材料的火花特征

（a）20钢；（b）45钢；（c）T10钢；（d）灰铸铁；（e）W18Cr4V

生产现场为了避免差错，在管理钢材和使用钢材时可以在材料上做一定的识别标记。常用的标记方法有：涂色法、打印法、挂牌法等。金属材料的涂色标记法，是在成捆交货状态的钢材同一端的端面上，或在小直径圆钢盘卷外侧的某一部位上，按标准规定涂刷某种颜色的油漆作为标记，以便于钢材的分类标识。表1-1为部分钢号的涂色标记规定，在生产中，可以根据材料的色标对钢铁材料进行鉴别。

表1-1　部分钢号的涂色标记

因受物理、化学、机械因素的影响导致材料或零部件破断所形成的断裂面称为断口。生产现场可根据断口的自然形态来判定材料的韧脆性，也可以据此推测判定相同热处理状态的材料含碳量的高低。例如：若断口呈纤维状，颜色发暗，无金属光泽，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，其含碳量较低；若材料断口齐平，呈银灰色，且具有明显的金属光泽和结晶颗粒，则表明材料属脆性断裂；而过共析钢或合金钢经淬火及低温回火后，断口呈亮灰色，具有绸缎光泽，类似于细瓷器的断口特征。

在生产现场，有时也可采用敲击辨音的方法来区分材料。例如，当原材料钢中混入铸铁材料时，由于铸铁的减振性较好，敲击时发出的声音较沉闷，而钢材敲击时发出的声音较清脆，我们可根据敲击钢铁时听到的声音不同，对其进行初步鉴别，但这种方法有时准确性不高。因此，当多种钢材发生混淆时，敲击声音初步鉴别之后，常需采用其他方法进行最终判别。

若要准确地鉴别材料的种类与牌号，在上述现场鉴别方法的基础上，还可采用化学分析、金相检验、硬度试验等实验室分析手段，对金属材料进行进一步的准确鉴别。