Цвета побежалости стали температура

Экспериментальная мастерская Виктора Леонтьева. Разное из металловедения

Приветствую вас, коллеги и господа мастеровые. Я расскажу о старинном методе измерения температуры стальных предметов по внешним признакам. Приборов для точного измерения температуры различных объектов в наше время существует предостаточно. Для измерения температур контактным методом используются термометры. А для контроля нагрева на расстоянии, то есть, бесконтактно, используются пирометры с различными конструкциями и техническими характеристиками.

И все же, занимающимся металлообработкой надо обязательно уметь определять температуру стальных изделий. Пусть приблизительно, но оперативно и без приборов.

Радуга на оружии. Термообработка металлов и цвета побежалости

Цвета побежалости — это окисные пленки на поверхности железных сплавов различной толщины и плотности. Они образуются без участия молекул воды при нагревании до определенных температур. Самое простое представление о тонких пленках можно получить на примере мыльных пузырей или пленках нефтепродуктов на поверхности воды. Для железа цвета побежалости образуются при нагревании, и толщина пленки соизмерима с размерами молекул.
Это явление с физической точки зрения объясняется теорией «тонких пленок» и обусловлено оптической интерференцией окисных пленок в зависимости от своей толщины.

Способы определения температуры без термопар

В любительской практике для определения температуры нагретой детали без измерительных приборов можно использовать несколько методов.

Цвета побежалости металлов, определение температуры по цвету нагретой заготовки

США
Россия
Украина
Беларусь
Молдова

1. 5
2. 4
3. 3
4. 2
5. 1

Цвета побежалости металла – это спектр цветов, которые образуются на поверхности металла при появлении появления окисной пленки. Эти окисные пленки создаются из самого металла при нагревании. Важным условием для образования такой пленки является отсутствие воздействия воды.

Такая побежалость металла является дефектом сварного соединения.

Происхождение цветов побежалости металла

Цвета побежалости металла распространяются из-за перераспределения интенсивности света в утонченных пленках на структуре отражения. По ходу развития пленочной толщины появляются условия погашения лучей с какой-либо волновой длины. Вначале из белоснежного появляется сиреневое свечение, обнаруживается желтое свечение. По ходу того, как пленка растет в толщину, увеличивается волновая длина погашенных лучей. Из непрерывного спектра солнца появляется зеленое и красное свечение.

Яркость оттенков побежалости нержавейки зависит от размера оксидной пленки с протяженностью солнечной волны, которая идет на спецматериал. Одни из ярчайших оттенков находятся на материалах медного типа. Цвета побежалости стали, которые получаются из-за физического процесса, зависят от металлического состава. Если в микроэлементе есть много металлических ионов, то он прокрашивается в синий. В присутствии хромофоров можно обнаружить красные оттенки – следы побежалости на металле.

Искусственная цветовая побежалость видна на структуре при повышенных показателях. Непременным условием образования следов побежалости считается отсутствие воды с иными спецжидкостями. В ходе нагревания появившаяся пленочная структура окиси снижается. Это объясняется диффузией, то есть перемешиванием микроэлементов или внедрением одного химического элемента в иной. В ситуации с металлической пленкой окиси становится видно, как взаимодействуют атомы кислорода со спецметаллом.

Где появляются

Изменение окраски происходит при окислении, которое возникает благодаря разогреванию металла. В процессе нагрева цветовые тона меняются в одной последовательности, но с разными скоростями (в зависимости от увеличения температуры и длительности нагрева).

Благодаря тому, что известна закономерность изменения окраски, в прошлом кузнецы ориентировались на этот факт, чтобы знать, как меняется температура. С развитием технологий появился пирометр.

Цветовые тона для стали

Если смысл описать закономерность изменения окраса побежалостей для углеродистой стали в зависимости от градуса нагрева:

• соломенный — после 220,
• коричневый — до 240–250,
• малиновый — 250–270,
• фиолетово-синий — от 300,
• серый — от 350.

Если используется легированная сталь, изменения окраса необходимо ждать при дальнейшем повышении градуса нагрева.

В природе

Помимо стали, в условиях дикой природы встречаются минералы, на которых образуется тонкий слой оксидной пленки. Цвет побежалостей в этом случае может быть золотистым, красным, синим, зеленоватым. Красный цвет побежалости у природных минералов может быть вызван большим количеством хромофоров, содержащихся в его составе. Фиолетово-синий цвет может возникнуть из-за концентрации ионов переходных металлов.

Из-за оттенка оксидной пленки природный окрас минерала не видно. Если стекло или монета долго пролежит под слоем грунта, на их поверхности образуется пленка, которая может изменить цвет поверхности предмета.

Радужные оттенки возникают из-за наличия жировой пленки. Также окрас поверхности стали изменяется из-за высохшей на нем воды с минералами.

Окрас изменяется по определенной закономерности, однако, это не является точным индикатором температуры. Проводя работу по обработке металла, нужно использовать пирометр.

Первый метод “по цвету накала”

Сталь при нагреве выше 530°С излучает световые лучи различного цвета в зависимости от температуры нагрева.

Цвет каления стали	Температура нагрева, °С
Темно коричный (заметен в темноте)	530-580
Коричнево-красный	580-650
Темно-красный	650-730
Темно-вишнево-красный	730-770
Вишнево-красный	770-800
Светло-вишнево-красный	800-830
Светло-красный	830-900
Оранжевый	900-1050
Темно-желтый	1050-1150
Светло-желтый	1150-1250
Ослепительно-белый	1250-1350

В таблице приведены цвета каления стали, соответствующие условиям обычного дневного освещения, и температуры нагрева, соответствующие этим цветам.

При определении температуры нагрева на глаз следует иметь в виду, что окружающие световые условия (дневной яркий свет, слабое искусственное или естественное освещение) в значительной степени искажают действительную температуру нагрева металла. Кроме этого, подобный метод не может быть точным в связи с индивидуальными особенностями глаз наблюдателя. При достаточном опыте ошибка не выходит за пределы 25-30 градусов

Как возникают цвета побежалости?

Радужный перелив или отдельные цвета побежалости возникают из-за перераспределения интенсивности света в результате наложения нескольких световых волн. Подобная интерференция света возникает в микроскопических прозрачных пленках окислов, образующихся на отражающих поверхностях, а оксидирование металлов происходит в результате воздействия определенных химических реагентов или тепловой энергии. Чем меньше температура нагрева, тем тоньше оксидная пленка, соответственно больше спектральных составляющих в отражающихся лучах и светлее цвет побежалости. И наоборот, чем сильнее нагревается металл, тем толще оксидная пленка и темнее ее оттенок из-за поглощения длинных световых волн.

Наличие радужного перелива не всегда, но довольно часто является дефектом или свидетельствует о нарушении технологии металлообработки. Например, при токарной обработке выход темно-синей стружки говорит о том, что явно был превышен скоростной режим резания или не применялась смазочно-охлаждающая жидкость (СОЖ). А вот цвета побежалости при закалке металлоизделий считаются нормой. Более того, именно по оттенкам можно, пусть и приблизительно, судить об интенсивности теплового воздействия.

При отсутствии инструментального контроля такие дефекты структуры, как охрупчивание и перегрев, возникающие при электродуговой и контактной сварке, многие специалисты также определяют при внешнем осмотре изделия, изучая следы побежалости. Так, показателем правильной технологии и хорошей защиты металла сварного шва нержавеющей и углеродистой стали считаются серебристые оттенки. Радужные оттенки сине-фиолетового спектра говорят о нарушении технологии, а возникают они из-за интенсивного распространения теплоты от центральной части пятна нагрева и говорят о снижении пластичности и ударной вязкости стали.

• гдеq_2max– наибольший удельный тепловой поток в центре пятна нагрева;
• k– коэффициент сосредоточенности удельного потока дуги, см -2 ;
• r– расстояние от оси источника, см.

Рисунок – Распределение удельного теплового потока q₂ (кал/см 2 *с) по пятну нагрева стали: открытой дугой – график черного цвета, под флюсом – график красного цвета.

Таким образом, чем меньше зона термического влияния дуги, тем меньше структурных изменений в металле и надежней сварное соединение. Но опять-таки данное утверждение носит обобщенный характер, так как при сварке и наплавке металлоизделий из разных сталей необходимо учитывать химические и физико-механические свойства конкретной марки, толщину стенки и пространственное положение шва.

Цвета побежалости для отделки металлической поверхности

При подготовке регламентов стоит предпочесть более низкие температуры и более продолжительную выдержку, так как пленки окислов в этом случае получаются более прочными и исключается создание дополнительных термических напряжений, которые могут приводить к короблению изделий.

Цвета побежалости используют для декорирования поверхности изделий из стали, чугуна и цветных металлов: пряжек, поковок, солнечных коллекторов, холодного оружия и обрабатывающего инструмента. Это и всем известный процесс воронения.

Для закаленной стали и не закаленной образование окисных пленок будет происходить по-разному. На скорость образования окисных пленок значительное влияние оказывают:

• структура. Закаленные стали окисляются медленнее,
• загрязненность поверхности. Масляные пленки обугливаются до сажи, поэтому пленки получатся рыхлыми и неплотными,
• шероховатость поверхности. На полированной поверхности пленка получится тоньше, чем на шершавой при одинаковых условиях.

Для получения плотной, равномерной пленки окислов необходимы нагревательные печи, способные удерживать стабильную температуру в течение длительного времени.

В домашних условиях это или горн, или паяльная лампа, или качественная плита с духовкой. И в таком случае режим чернения подбирается для каждого изделия индивидуально. Необходимо помнить, что переход из одного цвета в другой происходит быстро, поэтому процесс требует самого пристального внимания.

Автор Ирина Файдюк

Цвета каления

При продолжении нагревания на смену цветам побежалости приходят цвета каления.

Поскольку каление представляет из себя свечение материала, объективная оценка самых темных его цветов, возможна только в темноте. А более светлых, как минимум, при затемнении. Первый, различимый глазом цвет каления красновато-коричневый, означающий, что температура каления в области его проявления находится в диапазоне 530 – 580 градусов по Цельсию. В отличие от цветов побежалости, цвета каления при охлаждении не сохраняются, а изменяются в обратном порядке.

Если на поверхности образовалась окалина, ее цвет возвращается к светло серому оттенку. При нагревании магнитных, железоуглеродистых сплавов выше 768 С их магнитные свойства исчезают. И появляются вновь, после охлаждения ниже этой температуры.

Это явление можно использовать как дополнительное средство контроля температур. Цвета каления отражают температуру нагрева не только металлических тел, но и не металлических тоже. Например, изделий из керамики, графита и других.

Шкала цветов побежалости углеродистых сталей

Толщина окисных пленок определяется температурой и временем нагрева, а существующие шкалы цветов побежалости носят довольно условный характер.

• Во-первых, визуальная оценка — очень субъективный процесс, результаты которого определяются освещенностью и практическим опытом.
• Во-вторых, плотность окисной пленки определяется и химсоставом сплава.

Поэтому таблицы соответствия разнятся (для углеродистых, жаростойких, нержавеющих сталей ), и можно говорить только об ориентировочном соответствии. Но усредненная таблица цветов побежалости выглядит следующим образом

Температура нагрева, °С

коричнево-желтый до бурого

Например, при продолжительном нагреве при 220 °С можно вызвать посинение стали. Или желаемый цвет получается при кратковременном нагреве до температуры, более высокой, чем указанная в таблице. Но для каждого цвета побежалости существует температурный минимум, ниже которого нужный цвет не получится.

Второй метод “по цветам отпуска (побежалости)”

При нагреве металла от 200 до 300 градусов на зачищенной наждаком поверхности появляются цвета побежалости (таблица «Цвета отпуска») за счёт образования плёнок окислов различной плотности; каждая из плёнок отражает лучи только определённого цвета.

Цвет отпуска	Температура нагрева, °С
Светло-желтый	220
Соломенно-желтый	240
Коричнево-желтый	255
Красно-коричневый	265
Пурпурно-красный	275
Фиолетовый	285
Васильково-синий	295
Светло-синий	315
Серый	330

О чем свидетельствует цвет сварного шва?

Раньше цвета сварного шва использовали для определения температуры при термической обработке стальных сплавов. При этом нужно понимать, что это весьма неточный показатель, так как цвет будет зависеть не только от самой лишь температуры, но и от других факторов, к примеру:

• скорости нагрева материала;
• того, какие компоненты входят в состав газовой среды, в которой происходит процесс термообработки;
• продолжительности выдержки стального сплава;
• особенностей освещения и прочего.

Стоит отметить, что существует четкая зависимости между получаемым цветом побежалости и толщиной самой пленки, ведь чем она будет толще, тем короче будут волны отражаемого ей света. К примеру, синие оттенки шва появляются в том случае, когда из белого «вычитают» волны более значительной длины, к примеру, оранжевые или красные. А вот желтый цвет возникает, когда из цветового спектра вычитаются цвета коротких волн – синего и фиолетового. Таким образом синий цвет побежалости свидетельствует о том, что температура нагрева является достаточно высокой, в то время как желтый указывает на более низкий температурный показатель.

Метод cпички

Спички – самое легкое и доступное средство получить огонь. Однако при помощи обычной спички можно определять температуры предварительного и сопутствующего подогрева при сварке.

Чаще всего спички делают из осины, липы, тополя или американской сосны. Надо отметить, что большинство российских предприятий делают спички из осины. Головка спички состоит из бертолетовой соли и калиевого хромпика, которые отдают кислород при высокой температуре. А для того чтобы температура не повышалась слишком сильно, в состав включают катализатор – пиролюзит. Также спичечная головка состоит из серы, клея и сульфида фосфора, которые заставляют спичку гореть. А чтобы скоростью горения можно было управлять, в массу добавляют молотое стекло, цинковые белила и железный сурик.

Для воспламенения серной головки спички необходима температура, которая превышает более, чем 180 градусов по Цельсию. Если прикоснуться головкой спички к металлу, разогретому до такой температуры, то она загорится.

Как по цвету раскаленной детали определить ее температуру

Термическую обработку стальных деталей проводят в тех случаях, когда необходимо либо повысить прочность, твердость, износоустойчивость или упругость детали или инструмента, либо, наоборот, сделать металл более мягким, легче поддающимся механической обработке. В зависимости от температур нагрева и способа последующего охлаждения различают следующие виды термической обработки: закалка, отпуск и отжиг.

В любительской практике для определения температуры раскаленной детали по цвету можно использовать приведенную таблицу.

Цвет каления стали	Температура нагрева, град. С
Темно-коричневый (заметен в темноте)	530—580
Коричнево-красный	580—650
Темно-красный	650—730
Темно-вишнево-красный	730—770
Вишнево-красный	770—800
Светло-вишнево-красный	800—830
Светло-красный	830—900
Оранжевый	900—1050
Темно-желтый	1050—1150
Светло-желтый	1150—1250
Ярко-белый	1250—1350

Закалка стальных деталей. Закалка придает стальной детали большую твердость и износоустойчивость. Для этого деталь нагревают до определенной температуры, выдерживают некоторое время, чтобы весь объем материала прогрелся, а затем быстро охлаждают в масле (конструкционные и инструментальные стали) или воде (углеродистые стали). Обычно детали из конструкционных сталей нагревают до 880—900 градусов (цвет каления светло-красный), из инструментальных — до 750—760 градусов (цвет темно-вишнево-красный), а из нержавеющей стали — до 1050—1100 градусов (цвет темно-желтый). Нагревают детали вначале медленно (примерно до 500 градусов), а затем быстро. Это необходимо для того, чтобы в детали не возникли внутренние напряжения, что может привести к появлению трещин и деформации материала.

В каких случаях происходит появление цветов побежалости?

Цвета побежалости проявляются при температуре нагрева от 200 до 400 градусов по Цельсию. Они возникают на так называемом участке №7 – зоне синеломкости. Если речь идет о сваривании низкоуглеродистых стальных сплавов, отличающихся высоким содержанием кислорода, азота и водорода, то именно на участке №7 происходит снижение уровня ударной вязкости, а также пластичности материала.

Интересным является и тот факт, что во многих нормативных документах появление цветов побежалости не является признаком некачественной работы или дефекта при сварке. В то же время в таких документах идет речь о том, что сама побежалость мешает проведению качественного контроля и поэтому ее рекомендуют удалять.

Тем не менее в некоторых видах технической документации для сварки металлов говорится, что побежалость все же является дефектом. Но здесь скорее всего возникает путаница, так как для некоторых типов сплавов, например, титана, появление цветов побежалости действительно можно считать дефектом, свидетельствующим о недостаточном уровне газовой защиты. Но когда речь заходит о низкоуглеродистых сталях, то побежалость никак нельзя назвать дефектом.

Закалка ножа графитом

Термическая обработка при помощи графита полезна в том случае, если закалка требуется только для части предмета, а не для целого. У ножа этой частью является кромка.

Закалку ножа при помощи графита можно осуществлять в следующей последовательности:

1. Для начала проверьте твердость ножа с помощью надфиля. Если изделие легко сточить, а надфиль издает глухой звук, то нож не подвергался термической обработке.
2. Вы можете использовать графит, добытый из батареек круглой формы, взять стержень карандаша или использовать графитовые щетки генератора.
3. График необходимо растолочь до состояния порошка.
4. В качестве источника питания можно использовать сварочный аппарат постоянного тока. Выставите его на максимальную мощность.
5. Сделайте подложку из оцинкованного листа. Сверху насыпьте на нее графитовый порошок.
6. К оцинкованную листу присоедините «плюс» сварочного прибора, а к ручке – «минус».
7. Аккуратно водите острой частью ножа (лезвием) по графиту таким образом, чтобы не задевать оцинкованную подложку. Обращайте внимание на то, чтобы графитовый порошок не загорелся, иначе изделие будет испорчено.
8. Когда вы будете водить ножом по графиту, то порошок будет искриться. Как только вы заметили, что острие нагрелось, необходимо прекратить процесс термической обработки. Рекомендуемое время закалки – не больше 5 минут.
9. Оставьте ножик остывать на открытом воздухе. Затем возьмите надфиль и проверьте металлическое изделие на твердость. Если звук при контакте инструмента с ножом звонкий и острие нельзя заточить, значит лезвие достаточно твердое.

Закалку гораздо проще и эффективнее осуществлять в условиях производства, чем в домашних. Вы также можете обработать металлическое изделие «топорными» методами с применением подручных средств.

Что нужно знать о цветах побежалости для нержавеющей стали?

При проведении сварки нержавеющего стального сплава радужные цвета швов могут возникать при более широком диапазоне нагрева (от 300 до 700 градусов). Цвет может варьироваться от синего до светло-желтого в зависимости от степени нагрева. Но в случае коррозионностойких сталей это признак, указывающий на то, что был нарушен слой оксида хрома, выполняющий функцию защиты металлического изделия от возникновения ржавчины. Поэтому какой бы цвет сварного шва не возникал бы в этом случае, следует помнить, что в последствии может возникнуть коррозия.

Обеспечить высокое качество сварного шва сможет правильный подбор сварочного аппарата и выбор режима сваривания. Большую роль играет и качество газов, используемых для обеспечения защитной газовой среды. Ознакомиться с каталогом технических газов можно на сайте по ссылке https://www.propangaz.ru/.

Кроме того, вас может заинтересовать наша отдельная статья, посвященная особенностям обслуживания сварочного оборудования.

Выбор охлаждающей среды

От выбора охлаждающей среды зависит будущее качество вашей детали:

• в качестве охлаждающей среды для простых деталей из углеродистой стали применяется обычная вода;
• для изделий сложной формы применяют каустическую соду в соотношении 1:1, готовый раствор нагревают до 50-60 градусов;
• к деталям с тонкими стенками из любых видов стали в качестве охлаждающей среды выбирают масло.

Сталь с углеродом, которая имеет сложный состав, остужают в двух видах охладителей – сначала в воде, а затем в масляной ванне. Перемещать изделия из одной среды в другую нужно с максимальной скоростью.

При какой температуре краснеет железо?

ЦВЕТА КАЛЕНИЯ — цвета свечения металла, зависящие от температуры нагрева. Цвета каления, характерные для стали, смотри в таблице Температуpa, ° С Цвет каления 550 Темно-коричневый 630 Коричнево-красный 680 Темно-красный 740 Темно-вишневый 770 Вишневый 800 Ярко- или светло-вишневый 850 Ярко- или светло-красный 900 Ярко-красный 950 Желто-красный ЦВЕТА ПОБЕЖАЛОСТИ — радужная окраска, возникающая на чистой поверхности нагретого металла в результате появления на нем тонкого слоя оксидов. цвета побежалости, характерные для углеродистой стали, смотри в таблице Температуpa, °С Цвет побежалости 220 Соломенный 230 Золотистый 240 Коричневый 250 Красно-коричневый 260 Пурпурный 280 Фиолетовый 300 Синий (васильковый) 320 Светло-голубой 330-350 Светло-серый На легированных сталях эти цвета побежалости появляются при более высоких температурах.

ну судя по тенам в печке градусов в 150

Не понятно, почему ответ дан про металл, когда вопрос про железо. И на эту тему есть замечательный анекдот.: — Товарищи солдаты, на разгрузку люмини, на прааа-во! — Извините, товарищ прапорщик, не люминь, а алюминий. — А шипко грамотные, на разгрузку чугуния, на леее-во! Да ещё кто-то ответ выбрал лучшим. А это, как говорят, -«Я Тебя про Фому, а Ты мне про Ерёму.» Так какова же температура раскалённого до красна железа?