Что такое цветы побежалости

Что такое цветы побежалости

Опубликовал: Kirill B.

Бытует мнение, что цвета побежалости при сварке углеродистых сталей являются дефектом. Мне лично пару раз приходилось такое слышать и однажды, увидев комментарии к фотографии шва с яркими цветами побежалости, что это явный дефект, решил разобраться в вопросе более подробно. Этакий MYTHBUSTERS предлагаю посмотреть под катом.

Начнем с определения.

Цвета побежалости — радужные цвета, образующиеся на гладкой поверхности металла или минерала в результате формирования тонкой прозрачной поверхностной оксидной плёнки (которую называют побежалостью) и интерференции света в ней. [1]

Эти цвета ранее использовали для определения температуры при термообработке стали. Но это не очень точный индикатор. На окрас влияет скорость подъёма температуры, состав газовой среды, время выдержки стали при данной температуре, а также характер освещения и др. факторы. [1]

Между толщиной плёнки и длиной волны отраженного ею света существует прямая зависимость: чем больше толщина пленки, тем более коротковолновый отраженный свет мы получаем. Например, синий цвет образуется, когда из белого «вычитаются» более длинные волны, например, красный и оранжевый, а жёлтый образуется при «вычитании» из спектра коротковолнового излучения, например, фиолетового и синего (закройте правую часть радуги, что показана выше). Получается, что синий цвет соответствует более высокой температуре нагрева, а жёлтый — более низкой. [2]

Интересно про цвета побежалости написано здесь.

Рассмотрим схему участков сварного соединения и их термический цикл. [3]

Нам интересен участок №7. Он также называется участком синеломкости и охватывает температурный диапазон от 200 до 400 °С. На этом участке наблюдаются синие цвета побежалости на поверхности металла (откуда и название). При сварке низкоуглеродистых сталей основной металл в этой зоне не имеет видимых структурных изменений, но наблюдается резкое падение ударной вязкости из-за снижения пластичности. Это происходит в тех случаях, когда в сталях содержится кислород, азот и водород в несколько избыточном количестве. Размеры отдельных участков ЗТВ и общая ширина ее зависят от условий нагрева, охлаждения и способов сварки. [4, 5]

При сварке нержавеющих сталей цвета побежалости также проявляют себя, но в других диапазонах температур. Для нержавеющих сталей изменение цвета при нагреве на воздухе наблюдается: светло-соломенный (300°C), соломенный (400°C), красно-коричневый (500°C), фиолетово-синий (600°C), синий (700°C). [1]

Побежалость для коррозионностойких сталей является более критичной, т.к. является показателем того, что пассивный (защитный) слой поврежден, и в этом месте могут возникнуть очаги точечной (питтинговой) коррозии. [6] Поэтому поврежденный слой необходимо зачищать либо лепестковыми кругами, либо щеткой с ворсом из нержавейки (не допускается зачистка стальной щеткой), либо травление.

Вероятно, это считают дефектом по ошибке — путают со сваркой титана. Здесь должна обеспечиваться надежная газовая защита поверхности металла нагретой свыше 400°C. О хорошей газовой защите свидетельствует блестящая серебристая поверхность. Появление на шве желто-голубых цветов побежалости указывает на нарушение защиты, а серый налет свидетельствует о плохой защите. [7]

Интересен тот факт, что цвет побежалости считается дефектом сварного соединения, появляется и в нормативных документах. Например, в СТО-ГК «Трансстрой» 005-2007 Стальные конструкции мостов. Технология монтажной сварки.

Также мне попалась интересная статья по разработке метода определения сварочных напряжений по цветам побежалости. [8] Нюанс в том, что исследована модель однопроходного шва. Будет ли этот метод работать на многопроходных швах?

В следующей статье мы попытаемся выяснить, можно ли определить был или не был перегрет металл, исходя из ширины участка синеломкости. Что касается вопроса в заголовке статьи, то, я думаю, ответ очевиден — наличие цветов побежалости не является дефектом для углеродистых сталей.

Список использованных материалов:

3. В.А. Лосев, Н.А. Юхин. Иллюстрированное пособие сварщика. Москва: Соуэло, 2004. 59 с.

4. Костенко Е.М. Сварочные работы: Практическое пособие для электрогазосварщика.

5. В.А. Чебан. Сварочные работы: учеб. пособие. Изд. 3-е. Ростов-на-дону: Феникс, 2006. 412 с.

6. Ю. П. Солнцев, Е.И. Пряхин. Материаловедение: учебник для вузов. Изд. 4-е, перераб. и доп. Спб.: Химиздат. 2007. 784 с.

7. С.М. Гуревич. Сварка химически активных и тугоплавких металлов и сплавов. Москва: Машиностроение. 1982. 95 с.

8. Р.В. Гольдштейн, В.М. Козинцев, Д.А. Куров, А.Л. Попов, Д.А. Челюбеев. Разработка метода определения сварочных напряжений по цветам побежалости. УДК 539.3+53.082.56 http://vestnik.pstu.ru

При использовании данного материала ссылка на ресурс ЯСВАРЩИК обязательна.

Источник

Цвета побежалости

Цвета побежалости – это радужные разводы соломенного, золотистого, пурпурного, фиолетового и других цветов и оттенков на чистой поверхности нагретого металла, возникающие в результате появления тонкого слоя оксидов. Тонкая оксидная пленка толщиной в несколько молекул возникает на поверхности чистого металла под воздействием локального источника тепла. Цвет зависит от толщины оксидной пленки, поскольку окислы различной толщины по-разному отражают свет.

Этот термин чаще всего используют в металлообработке, термообработке стали.

Например, при сварке металла создаются достаточно высокие температуры для образования цветов побежалости. В технической сварке этого необходимо избегать, так как цвета побежалости ухудшают внешний вид изделий и считаются браком. Однако известно использование цветов побежалости как художественного приема мастерами декоративной сварки. Также цвета побежалости применяют при лазерной маркировке изделий.

Цвета побежалости не являются точным индикатором температуры. На них влияет скорость подъёма температуры, состав газовой среды, время выдержки стали при данной температуре, характер освещения и другие факторы. На легированных сталях цвета побежалости обычно появляются при более высоких температурах, так как легирование часто повышает стойкость стали к окислению на воздухе.

Для углеродистой стали характерны следующие переходы цвета: соломенный (+220°C), коричневый (+240°C), пурпурный (+260°C), синий (+300°C), светло-серый (+330-350°С).

Для нержавеющих сталей изменение цвета при нагреве на воздухе наблюдается: светло-соломенный (+300°C), соломенный (+400°C), красно-коричневый (+500°C), фиолетово-синий (+600°C), синий (+700°C). Нередко цвета побежалости на нержавеющей стали путают с радужной окраской, которая может возникать при температурах не выше +100°C (кипение воды). Однако радужная окраска не связана с перегревом стали.

Евгений Лавриненко (dN)

Добавить комментарий Отменить ответ

Для отправки комментария вам необходимо авторизоваться.

Источник

При какой температуре краснеет сталь

Результатом хорошей и профессиональной работы сварщика можно любоваться достаточно долго. Особенно интересным для созерцания является цвет сварных швов, способный принимать самые причудливые оттенки – от голубого или синего до розового или светло-желтого. При этом многих мастеров интересует, является ли цвет побежалости шва при сварке признаком производственного дефекта или же можно его считать побочным эффектом при работе с защитными газами, способным указать на качество соединения металлических делателей. В этой статье мы постараемся найти ответ на эти вопросы.

Что такое цвета побежалости?

Это цвета радуги, которые возникают на гладкой поверхности металлического изделия при образовании на ней особой оксидной пленки. Именно эта пленка, которую так же называют побежалостью, представляет собой очень тонкий слой оксида металла, толщина которого может варьироваться от нескольких миллиметров до величины всего в нескольких молекул. Являясь прозрачной, такая пленка обеспечивает процесс интерференции в ней световых лучей, что и приводит к появлению радужных цветов, а также их оттенков. Как правило, побежалость возникает при термическом воздействии на металлическое изделие, например, при термообработке стальных сплавов или же сваривании металлов.

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:

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.

При какой температуре краснеет сталь

При закалке многих инструментов, например молотков, чеканов, резцов и других, требуется, чтобы закаленной была только рабочая часть, а сам инструмент оставался бы сырым, незакаленным. В этом случае инструмент нагревают немного выше рабочего конца до требуемой температуры, после чего опускают в воду только рабочую часть. Вынув инструмент из воды, быстро зачищают шкуркой или трением о землю его рабочую часть. Оставшееся в неохлажденной части тепло поднимет температуру охлаждаемого конца и появится на нем нужный цвет побежалости, после этого инструмент окончательно охлаждают.

Таблица7 Таблица определения температуры нагрева по цветам побежалости

Образование окалины на поверхности изделия приводит к угару металла, деформации. Это уменьшает теплопроводность и, стало быть, понижает скорость нагрева изделия в печи, затрудняет механическую обработку. Удаляют окалину либо механическим способом, либо химическим (травлением).

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.

ХИМИЧЕСКОЕ ОКРАШИВАНИЕ ЖЕЛЕЗА ПОМОЩЬЮ НАГРЕВА. ЦВЕТА ПОБЕЖАЛОСТИ

Железо и железные сплавы при нагревании покрываются тонкой пленкой железных окислов самых разнообразных цветных оттенков; это — так называемые «цвета побежалости». Явление цветов побежалости основано на том, что на омываемой воздухом поверхности металла образуется просвечивающая пленка окислов, которая по мере последовательного наращивания принимает в последовательности спектральной шкалы цветов так называемые «цвета тонких пленок». Это — так называемое явление оптической интерференции, примером которого служат известные из физики «Ньютоновы кольца». Обычно определенные цвета побежалости относят неопределенным же температурам нагрева. Часто приводятся даже цифры температур, соответствующих всей гамме этих цветов. Примерно, эта зависимость цвета от температуры нагрева представляется в виде такой таблицы:

Таблица цветов побежалости

Строгого совпадения во всех встречаемых таблицах (и в обозначении цветов и в фиксировании температур) искать не приходится. Ведь качественная оценка цвета — дело чисто субъективное. Главное же, существенное влияние на расцветку вещи оказывает продолжительность нагрева. И действительно более или менее продолжительной обработкой можно вызвать посинение железа при температуре более низкой, чем считающаяся необходимой для вызова даже соломенно-желтой окраски. Точно так же соломенно-желтый налет на железо-стальные изделия можно навести, выдержав последние необходимое число минут при температуре, на несколько десятков градусов более низкой, чем 220°. С другой стороны, можно поставить нагреваемые предметы в условия, при которых желательные цветовые тона получались бы при сравнительно более высоком нагреве. Для практической работы лучше предпочесть более низкие степени нагрева с более продолжительной выдержкой, так как пленки в таком случае получаются более прочными. Однако практически же для каждого цветового нюанса существует температурный предел, ниже которого он не получается. Цвета побежалости можно вызывать как на закаленной, так и незакаленной стали и на ковком железе и чугуне столь же хорошо, как и на сталях. При этом состав сплава и структура поверхностной пленки оказывают заметное влияние. Закаленный металл принимает нюансировку медленней, чем мягкий. Значительно сказывается загрязненность поверхности металла. Наконец имеет значение и чисто механическое состояние поверхности металла, степень ее гладкости или шероховатости и т. п. Цвета побежалости, особенно желтых и темно-синих тонов, находят обширное применение при производстве мелких железных я стальных изделий: пуговиц, кнопок, планшеток, пружин, разных инструментов и т. д. Выбор цвета окраски инструмента (или вообще закаливаемого изделия) сопряжен с его назначением, формой рабочей части (острое или тупое лезвие), родом материала, по которому будет работать инструмент, и т. п. Процесс появления и смены цветов побежалости совершается довольно быстро и потому при воронении металла по этому способу требуется высокая степень опытности; предмет нельзя недодержать или передержать. В заводских условиях для массового производства применяют специальные нагревные печи, дающие совершенно равномерный и надлежаще растянутый во времени нагрев. При любительской же работе такими печами воспользоваться нельзя, и приходится прибегать к таким простым средствам как горно (раскаленные древесные угли), примус или паяльная лампа, кухонная плита, песчаная баня и тому подобное. На раскаленных угольях или на примусе или паяльной лампе, плите и т. п. воронить изделия нагревом можно лишь при незначительности размеров последних; для более же крупных вещей крайне затруднительно добиться равномерности окраски. Как только изделие приняло необходимый цветовой нюанс его снимают с горна щипцами и, поводя по воздуху, охлаждают. Более крупные и ответственные изделия предпочтительно нагревать на песчаной бане (см. «Работы в лаборатории химика-любителя»). Можно класть предметы непосредственно на песок бани. Но более правильно погружать их в песок так, чтобы виднелась только небольшая часть поверхности для возможности наблюдения за сменой цветов. В этом случае будет достигнута максимально возможная для любительской работы равномерность окраски Песчаная баня должна быть накалена еще до погружения воронимых изделий в песок. В случае стальных закаленных изделий (инструменты) окраску в цвета побежалости соединяют с отпуском. Обычно для этого пользуются, помимо песчаных бань, масляными банями (см. «Работы в лаборатории химика-любителя»), или же ваннами из расплавленного металла (обычно сплав олова со свинцом), точка плавления которого как раз соответствует температуре отпуска (одновременно — температуре появления требуемого цвета побежалости).

Обычно для стальных инструментов, от которых прежде всего требуется высокая твердость (таковы инструменты для обработки железа, стали и твердого камня, бритвенные лезвия, хирургические инструменты, грабштихели, штампы, волочильные очки и т. п.), придерживаются отпуска на побежалость до желта; до пурпурно-красных тонов отпускают обычно деревообрабатывающие инструменты; лиловый до черно-синего цветов сообщают изделиям, от которых требуется упругость (часовые пружины, пилы, ножи, вилы и т. д.).

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.

Источник

Цвета побежалости металла

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.

Цвета побежалости

При нагревании некоторых металлосплавов до определенных температур окисные пленки на их поверхностях могут приобретать различные цвета.

Такие цвета и их оттенки характерны для температур, вызвавших их появление, называют цветами побежалости.

Более выразительно цвета побежалости проявляются на сталях: углеродистых, легированных и нержавеющих. Мы понаблюдаем за возникновением цветов побежалости при нагреве газовым пламенем листа из низкоуглеродистой стали. Обозначенное место на поверхности листа, под которым находится источник нагрева, я буду называть точкой нагревания. Заметно, что естественный цвет стали в точке нагревания изменился на светло желтый.

Это означает, что температура материала в этом месте достигла примерно 205 С. По мере дальнейшего повышения температуры, светло желтая область от точки нагревания, как видно, отдалилась. А ее место приобрело темно желтый цвет, с присущей ему температурой 240 С. Пятно общего прогрева расширяется. Цвета побежалости выстраиваются вокруг точки нагревания в характерном порядке, указывая до какой температуры нагрелся материал, в занимаемой каждым из них области. При более плавном нагревании цветотемпературные области будут расширенными. Как на данном образце среднеуглеродистой стали, на котором их осмотр и продолжим. Если не принимать во внимание цветовые оттенки, наблюдаемые в очень узком расположении, насчитываются девять убедительно выраженных цветотемпературных областей, в число которых область с естественным цветом стали не входит. Далее, поочередно к каждой из девяти цветотемпературных областей будет подводиться шаблон, цвет и оттенок которого наиболее сходен с цветом этой области.

На шаблоне указан диапазон температур и среднее значение, которое присуще данному цвету побежалости на поверхности углеродистой стали.

Однажды появившись, цвета побежалости после охлаждения не исчезают. По их наличию можно, например, определить что деталь или инструмент эксплуатировались с некими нарушениями, что и привело к их перегреву. Цвета побежалости на легированных, нержавеющих и жаропрочных сталей такие же. Однако, они проявляются при более высоких температурах, значения которых зависят от содержания легирующих элементов.

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.

Метод измерения температур по цветам побежалости и каления

Методом измерения температур по цветам побежалости и каления с давних времен успешно пользовались металлурги, кузнецы, термисты, а так же представители других профессий, включая станочников. Для измерения температуры этим методом, используются таблицы, в которых собраны шаблоны цветов побежалости и каления с описанием их оттенков и указанием значения температур, приводящих к появлению каждого из них.

Имеющие постоянную практику мастеровые и специалисты, таблицами, обычно не пользуются. Поскольку все цветовые оттенки и значения температур, связанные с их проявлениями, они знают на память. Когда же постоянной практики в этой области нет, полагаться на память, особенно на цветовую, пожалуй, не стоит. Путем визуального сравнения из той или иной таблицы, выбирается шаблон, цвет которого более похож на цвет контролируемой области объекта. Акцентирую ваше внимание на том, что при сравнении цветов шаблона и объекта, ожидать их полного, до идентичности совпадения, не следует.

Достаточно именно похожести их цветовых оттенков. И тогда можно считать, что температура равномерно прогретого объекта, находится в диапазоне значений, указанных на цветовом шаблоне.

Часто на поверхности объекта проявляются сразу два смежных цвета. Не сложно догадаться, что температура этого объекта находится между средними значениями температур, указанными на обоих шаблонах. В сравнении с приборными измерениями, точность этого метода, конечно, меньшая. И все же, во многих случаях применения, например, при выполнении не особо ответственной закалки или отпуска, точности цветового метода вполне хватает. Что же касается обработки резанием, когда по цветам побежалости на движущейся стружке контролируется расстояние режущей кромки, причем, в разных ее точках, замены этому старому методу, пожалуй, не найти. Таблиц с цветами побежалости и каления в литературе и интернете опубликовано достаточно. Их интерпретации отличаются по форме и по содержанию, к сожалению, тоже. В отличие от большинства из них цвета, используемые в этом видео уроке шаблонов, выверены с помощью компьютера по реальным цветам каления и по цветам побежалости углеродистых сталей. Указанные на шаблонах названия цветовых оттенков условные. А их точная идентификация осуществима по указанному ниже так называемому цветовому коду html.

По этому коду, введенному в поиск, цвет любого их шаблонов легко найти в интернете. Готовые таблицы с цветовыми шаблонами для загрузки в мобильное устройство или для печати, можно скачать с сайта проекта. Возможные причины погрешностей при измерении температур Надо учитывать, что на цветовосприятие влияет общая освещенность помещения, а так же ее цвет, который может быть естественным, белым или желтоватым, исходящим от ламп накаливания. Это касается тех случаев, когда пытаются оценить цвета, полагаясь на память. При измерении температур по цветам побежалости, надо понимать, что ими отражается температура именно на контролируемой поверхности. А это не всегда соответствует температуре всей массы нагретого предмета. Если стоит задача нагреть предмет до определенной температуры, с контролем по цвету побежалости, его надо прогревать не через одну какую-то точку или поверхность, а равномерно, со всех сторон. Равномерность прогрева контролируется так же и по цветам каления. Одинаковый цвет накала в разных точках какой-либо области объекта свидетельствует о ее равномерном прогреве. И наоборот. Отслаивающаяся от раскаленной основы окалина охлаждается и нагревается быстрее, чем массив основы, что вносит искажение в реальный цвет поверхности. Это надо учитывать.

Источник