Цвета побежалости металлов, определение температуры по цвету нагретой заготовки

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

В естественной природе цвета побежалости можно наблюдать на поверхностях ряда минералов, среди них пирит и халькопирит. Логично заключить, что эти изменения видны в следствие окисления верхнего слоя материала. Как результат — они покрываются тонкой оксидной пленкой, которая и преломляет попадающий на ее поверхность свет. Создавшийся эффект интерференции, «окрашивает» поверхность металла в разные цвета.

Яркость цветов побежалости зависит от толщины образуемой оксидной пленки и длины световой волны, которая попадает на поверхность материала. Самые яркие оттенки можно увидеть на медных минералах. Получаемые цвета также зависят от состава металла. Если в элементе есть много ионов металлов, то он окрашивается в синие цвета. В случае если присутствуют хромофоры, вы увидите красные цвета.

Искусственный цвет побежалости металла появляется на его поверхности при воздействии высоких температур. Важно условие – отсутствие воды и любых других жидкостей.

По мере нагрева образовавшаяся окисная пленка уменьшается, что объясняется диффузией (процесс «смешивания» или проникновения частиц хим.элемента в другой материал). Конкретно в ситуации с окисной пленкой металла наблюдается взаимодействие атомов кислорода и металла.

Стоит отметить, что на легированных сталях цвет побежалости появится при большем нагреве, чем на углеродистой стали.

Создание искусственных цветов побежалости

В сфере обработки металлов активно используется прием воронения. При этом технология покрытия сплавов окисными пленками известна и активно используется уже не одну тысячу лет.

Вороненный металл устойчив к ржавчине, более прочен перед механическими нагрузками и имеет красивый окрас даже без дополнительных покрытий и красок.

Воронение выполняется следующим образом:

• Заготовку обмакивают или протирают минеральным маслом;
• Нагревают на металлическом листе до соответствующей температуры (для разных металлов и сплавов она может отличаться);
• После могут выполнить закалку в холодном масле (чтоб избежать «отпуска металла»).

Получаемый слой окисла на поверхности металлического изделия полностью устойчив к воздействию воды, а также обладает высокой прочностью к механическим воздействиям.

Таблицы 1.

Окисные пленки образуются с различной скоростью и на это влияют следующие факторы:

1. Закаленность детали (наличие закалки ускоряет появление побежалости);
2. Наличие загрязнений (при нагреве загрязнения обугливаются и усложняют образование равномерного слоя окисной пленки);
3. Шероховатости. Заготовка, имеющая неровности получает плотную пленку и как результат красивого переливания цветов можно не увидеть. Полированная же деталь быстро образует на поверхностях равномерный тонкий слой окислов;
4. Технологии нагрева. В зависимости от оборудования, которое применяется для нагрева деталей, с разной скоростью и разной толщины образуются окисные пленки. Для нагрева деталей лучше всего использовать оборудование, позволяющее контролировать и поддерживать нужную температуру стабильно.

Тонкие оксидные пленки поглощают световые волны с меньшей длиной волны, но отражают – с большей. Цвет металлических деталей меняется в зависимости от температуры и плотности оксидной пленки. Чем толще оксидная пленка, тем светлее окраска. Синий или фиолетовый цвет получается, когда из спектра отражаются наиболее длинные волны. Если пленка из оксидов отражает волны с малой длиной волны, то металлическая поверхность становится желтой. Светлые цвета соответствуют высокой температуре нагрева, светлые – более низкой. По этой причине многие мастер часто определяют при помощи цветов побежалости степень закалки изделий, стальной стружки и режущих инструментов, применяемых во время проведения токарных работ.

Несмотря на эти факторы, при помощи цветов побежалости нельзя точно определить температуру металла, потому что на величину этого показателя оказывают влияние следующие факторы:

• время нагрева: промежуток времени, в течение которого металлическая деталь нагревается до температуры окружающей среды при отсутствии теплоотдачи.
• наличие различных примесей в составе металла;
• особенности освещения в помещении, где проводилась сварка или закалка заготовок;
• скорость разогревания: изменение температуры изделия в единицу времени при его нагревании.

Среди современных приборов существуют пирометров, которые обеспечивают достаточно точный  контроль температуры. Они работают на основе анализа лазерных лучей. Приборы оснащены специальными датчиками, анализирующими отраженные лазерные лучи и отображают температуру металла, которой соответствуют полученные характеристики излучений.

Технологии с использованием цветов побежалости активно применяют в производстве рабочих инструментов и оборудования. Особенно распространено использование этого приема при работе с медью, железом, алюминием и латуни.

Закалка улучшает следующие параметры металлической поверхности:

Цвет побежалости металла и его температура или температура цветов побежалости металла

Как уже стало ясно из описанного выше материала, температура и цвет металла изменяется все время нагрева заготовки. Важно отметить, что температура побежалости металла отличается для каждого отдельно взятого сплава и вида металла. Поэтому существует большое количество таблиц и списков соотношения цвета и температуры. Ниже приведены таблицы цветом побежалости металла для разные сплавов.

Шкала цветов побежалости стали

Для углеродистых сталей можно привести следующую зависимость цветов и соответствующих температур:

Температура цветов побежалости для углеродистых сталей
Окрас	Пределы температур, °С
Лимонный	220 – 229
Желтый (цвет соломы)	230 – 245
Золотой	246 – 255
Земляной или коричневый	256 – 264
Алый или красно-оранжевый	265 — 274
Пурпурный	275 – 279
Аметистовый	280 – 289
Небесный	290 – 294
Твиттера	295 – 299
Индиго Крайола	300 – 309
Светло-голубой	310 – 329
Аквамариновый	320 — 339

 

На заготовках из нержавейки 12Х18Н10Т, где 18% хрома, также 10% никеля и 1% титана (взято из ГОСТ 5632-2014), цвета побежалости в зависимости от температуры будут изменяться несколько другим образом. Главное отличие – величины температур. Это объясняется коррозийной устойчивостью и жаропрочной стойкостью. Поэтому при нагреве и охлаждении частицы сплава и кислорода взаимодействуют медленнее, замедляя создание оксидной пленки.

В следующей таблице цветов побежалости металла представлены особенности изменения цвета изделий из нержавеющей стали:

Температура цветов побежалости для нержавеющих сталей
Окрас	Пределы температур,°С
Светло-соломенный	300 – 399
Золотистый	400 – 499
Земляной или коричневый	500 – 599
Красный или пурпурный	600 – 699
Синий или черный	700 – 779

На поверхностях заготовок из нержавеющей стали могут появиться радужные полосы. Они могут появиться при нагревании изделия до температуры кипения (100 °С). Появление радужных следов обусловлено изменениями в кристаллической решетке металла.

Радужный окрас на поверхности обрабатываемой заготовки не свидетельствуют о перегреве нержавеющей стали.