Цвета побежалости металлов

Воронение и «синение» стали

Воронение стали

. После воронения стальные детали приобретают черную или темно-синюю окраску различных оттенков, они сохраняют металлический блеск, а на их поверхности образуется стойкая оксидная пленка, предохраняющая детали от коррозии.

Перед воронением изделие тщательно шлифуют и полируют. Поверхность его обезжиривают промывкой в щелочах, после чего изделие прогревают до 320–325°С. Ровная окраска поверхности изделия получается только при равномерном его прогреве.

Обработанное таким образом изделие быстро протирают тряпкой, смоченной в конопляном масле. После смазки изделие снова слегка прогревают и вытирают насухо.

«Синение» стали

. Стальным деталям можно придать красивый синий цвет. Для этого составляют два раствора: 140 г гипосульфита на 1 л воды и 35 г уксуснокислого свинца («свинцовый сахар») также на 1 л воды. Перед употреблением растворы смешивают и нагревают до кипения.

Изделия предварительно очищают, полируют до блеска, после чего погружают в кипящую жидкость и держат до тех пор, пока не получат желаемого цвета.

Затем деталь промывают в горячей воде и сушат, после чего слегка протирают тряпкой, смоченной касторовым или чистым машинным маслом.

Детали, обработанные таким способом, меньше подвержены коррозии.

Материал для статьи взят из книги «300 практических советов», автор-составитель В.Г. Бастанов, издательство «Московский рабочий, 1986г.»

https://youtube.com/watch?v=aXjwJ7QmAa0

Следы побежалости на металле

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.

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.

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.

Интересно про цвета побежалости написано здесь.

Рассмотрим схему участков сварного соединения и их термический цикл.

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.

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).

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. Поэтому поврежденный слой необходимо зачищать либо лепестковыми кругами, либо щеткой с ворсом из нержавейки (не допускается зачистка стальной щеткой), либо травление.

Итак, получается, что цвета побежалости – неизбежное явление при сварке сталей. Кроме того, в Инструкции по визуальному и измерительному контролю (РД 03-606-03) такой дефект не определен. Они указаны там лишь только как загрязнение, препятствующее контролю и которое должно быть зачищено.

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.

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. 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.

Отжиг стальных деталей

Чтобы облегчить механическую или пластическую обработку стальной детали, уменьшают ее твердость путем отжига.

Так называемый полный отжиг заключается в том, что деталь или заготовку нагревают до температуры 900°С, выдерживают при этой температуре некоторое время, необходимое для прогрева ее по всему объему, а затем медленно (обычно вместе с печью) охлаждают до комнатной температуры.

Внутренние напряжения, возникшие в детали при механической обработке, снимают низкотемпературным отжигом, при котором деталь нагревают до температуры 500–600°С, а затем охлаждают вместе с печью. Для снятия внутренних напряжений и некоторого уменьшения твердости стали применяют неполный отжиг – нагрев до 750–760°С и последующее медленное (также весте с печью) охлаждение.

Отжиг используется также при неудачной закалке или при необходимости перекаливания инструмента для обработки другого металла (например, если сверло для меди нужно перекалить для сверления чугуна). При отжиге деталь нагревают до температуры несколько ниже температуры, необходимой для закалки, и затем постепенно охлаждают на воздухе. В результате закаленная деталь вновь становится мягкой, поддающейся механической обработке.

Полезная информация

Характеристики высокопрочной стали

Марки высокопрочной стали

Сталь является одним из самых важных материалов, который используется практически во всех отраслях промышленности. К высокопрочной стали (в зависимости от области применения) предъявляют различные требования. Марки сталей отличаются по структуре, химическому составу и по своим свойствам (физическим и механическим).

Сталью называют деформируемый сплав железа с углеводом (не более 2 процентов) и примесями других элементов: марганца, кремния, фосфора. К высокопрочному крепежу предъявляются особые требования. Поэтому для получения стали, которая будет идеально соответствовать всем характеристикам добавляют специальные примеси – легирующие элементы. Это – хром, вольфрам, ванадий, титан, марганец или кремний.

СТАЛЬ МАРКИ 3

Углеродистая сталь обычного качества.

Именно такая сталь пользуются наибольшим спросом в строительстве. Причина такой популярности – технологичность, прочность и привлекательная цена. Еще одно преимущество этого сплава – возможность изготавливать из нее изделия, которые выдерживают большую нагрузку и обладают хорошей сопротивляемостью ударам.

Сталь 3 производят по ГОСТ 380-94, согласно ему сталь маркируются буквами «Ст» с порядковым номером от 0 до 6. Чем выше этот номер, тем большее количество углерода содержится в стали. А значит, лучше прочность, но при этом хуже пластические характеристики. Сталь 3 хорошо сваривается, нефлокеночувствительна, не склонна к отпускной хрупкости. Сталь 3 содержит: углерод – 0,14-0,22%, кремний – 0,05-0,17%, марганец – 0,4-0,65%, никель, медь, хром – не более 0,3% , мышьяк не более 0,08%, серы и фосфора – до 0,05 и 0,04%. Количество этих компонентов в сплаве Ст3 не допускается выше указанных значений.

Основа стали – феррит. Его характеристики не позволяют использовать его в чистом виде. Для улучшения показателя прочности феррита сталь насыщают углеродом, добавляют (легируют) хром, никель, кремний, марганец и проводят дополнительное термическое упрочнение.

Сталь 3 выдерживает широкий температурный диапазон при переменных нагрузках. Хорошо сваривается, штампуется в холодном и горячем состоянии, подвергается вытяжке. Применяется без термической обработки.

Свариваемость стали

Без ограничений – сварка производится без подогрева и без последующей термообработки. В стали, относящейся к хорошей, содержание углерода составляет менее 0,25%. Они свариваются без образования закалочных структур и трещин в широком диапазоне режимов сварки.

Температура применения

Минимальная температура применения (температура наиболее холодной пятидневки региона) – минус 30.

Максимальная температура применения – плюс 300.

СТАЛЬ МАРКИ 35

Качественная среднеуглеродистая сталь.

Такой вид стали применяют для деталей, которые требуют высокой пластичности и сопротивления удару. Качественные углеродистые стали типа 35 изготавливают по ГОСТ 1050-88 и маркируют двухзначными цифрами, которые указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента. Например, сталь 35 (0,35 %). Она обладает высокой прочностью (σв = 640…730 МПа, σ0,2 = 380…430 МПа) и относительно низкой пластичностью (δ = 9…14 %, ψ = 40…50 %). Кроме того, этот тип стали не восприимчив к средним напряжениям, обладает стойкостью к деформации и износостойкостью, не подвержен образованию трещин и коррозии. Поэтому именно сталь 35 используют при производстве высокопрочного крепежа и фланцевых соединений. Температурный диапазон: от -40 до +450 градусов Цельсия

Сталь 35 сваривается ограниченно. Способы сварки РДС, АДС под флюсом и газовой защитой, ЭШС. Рекомендуем подогрев и последующую термообработку. КТС без ограничений.

Свариваемость стали

Сталь конструкционной марки 35 сваривается ограниченно. С увеличением углерода в стали зона термического влияния и шов закаливаются, увеличивается твердость, сварные соединения становятся более хрупкими и склонными к образованию трещин.

Удовлетворительные стали имеют содержание углерода от 0,25 до 0,35%. Они мало склонны к образованию трещин и при правильных режимах сварки получается качественный шов. Для улучшения качества сварки часто применяют подогрев.

Закалка стальных деталей

Закалка придаёт стальной детали большую твердость и износоустойчивость.

Для этого деталь нагревают до определенной температуры, выдерживают некоторое время, чтобы весь объём материала прогрелся, а затем быстро охлаждают в масле (конструкционные и инструментальные стали) или в воде (углеродистые стали).

Обычно детали из конструкционных сталей нагревают до 880–900°C (цвет каления светло-красный), из инструментальных – до 750–760°С (цвет темно-вишнево-красный), а из нержавеющей стали – до 1050–1100°С (цвет темно-желтый).

Нагревают детали вначале медленно (примерно до 500°С), а затем быстро. Это необходимо для того, чтобы в детали не возникли внутренние напряжения, что может привести к появлению трещин и деформации материала.

В ремонтной практике применяют в основном охлаждение в одной среде (масле или воде), оставляя в ней деталь до полного остывания. Однако этот способ охлаждения непригоден для деталей сложной формы, в которых при таком охлаждении возникают большие внутренние напряжения.

Детали сложной формы сначала охлаждают в воде до 300–400°С, а затем быстро переносят в масло, где и оставляют до полного охлаждения. Время пребывания детали в воде определяют из расчета: 1с на каждые 5–6 мм сечения детали. В каждом отдельном случае это время подбирают опытным путём в зависимости от формы и массы детали.

Качество закалки в значительной степени зависит от количества охлаждающей жидкости

Важно, чтобы в процессе охлаждения детали температура охлаждающей жидкости оставалась почти неизменной, а для этого масса ее должна быть в 30–50 раз больше массы закаливаемой детали. Кроме того, перед погружением раскаленной детали жидкость необходимо тщательно перемешать, чтобы выровнять ее температуру по всему объему. В процессе охлаждения вокруг детали образуется слой газов, который затрудняет теплообмен между деталью и охлаждающей жидкостью

Для более интенсивного охлаждения деталь необходимо постоянно перемещать в жидкости во всех направления

В процессе охлаждения вокруг детали образуется слой газов, который затрудняет теплообмен между деталью и охлаждающей жидкостью. Для более интенсивного охлаждения деталь необходимо постоянно перемещать в жидкости во всех направления.

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.

Отпуск закаленных деталей

Отпуск закаленных деталей уменьшает их хрупкость, повышает вязкость и снимает внутренние напряжения. В зависимости от температуры нагрева различают низкий, средний и высокий отпуск.

Низкий отпуск применяют главным образом при обработке измерительного и режущего инструмента. Закаленную деталь нагревают до температуры 150–250°С (цвет побежалости – светло-желтый), выдерживают при этой температуре, а затем охлаждают на воздухе. В результате такой обработки материал, теряя хрупкость, сохраняет высокую твердость и, кроме того, в нем значительно снижаются внутренние напряжения, возникшие при закалке.

Средний отпуск применяют в тех случаях, когда хотят придать детали пружинящие свойства и достаточно высокую прочность при средней твердости. Для этого деталь нагревают до 300–500°С и затем медленно охлаждают.

И, наконец, высокому отпуску подвергают детали, у которых необходимо полностью снять все внутренне напряжение. В этом случае температура нагрева еще выше – 500–600°С.

Термообработку (закалку и отпуск) деталей постой формы (валики, оси, зубила, кернера) часто делают за один раз. Нагретую до высокой температуры деталь опускают на некоторое время в охлаждающую жидкость, затем вынимают. Отпуск происходит за счет тепла, сохранившегося внутри детали.

Небольшой участок детали быстро зачищают абразивным брусочком и следят за сменой цветов побежалости на нем. Когда появится цвет, соответствующий необходимой температуре отпуска (220°С – светло-желтый, 240°С – темно-желтый, 314°C – светло-синий, 330°С – серый), деталь вновь погружают в жидкость, теперь уже до полного охлаждения.