Цвета побежалости

• Что такое цвета побежалости?
• Как возникают цвета побежалости?
• Метод измерения температур по цветам побежалости
  • Шкала цветов побежалости стали
  • Шкала цветов побежалости титана
• Как искусственно создать цвета побежалости металла?
  • Термический способ
  • Химический способ
• Где и как применяют инфильтрационные оттенки

Для людей, чья сфера деятельности далека от металлообработки, словосочетание «цвета побежалости» не только ничего не говорит, но и представляет даже некую загадку. Действительно, что же интригующего и необычного скрывает данное понятие?

На самом деле все гораздо прозаичней и обыденней, а следы побежалости видел практически каждый взрослый человек. Давайте же разберемся в этом вопросе.

Что такое цвета побежалости?

Это цвета радужного спектра, образующиеся на гладкой или полированной поверхности материалов. Наиболее выразительно проявляется побежалость металлов и сплавов с серым цветом, хотя она также довольно часто образовывается на поверхности меди, бронзы и латуни, а также на кристаллах минералов, например, халькопирита, борнита, висмута. А данную терминологию чаще всего используют люди, чья профессия так или иначе связана с различными видами обработки сталей и других металлов и сплавов:

• сваркой и наплавкой;
• термической обработкой;
• токарной и фрезерной обработкой.

Цвета побежалости позволяют им еще до инструментального контроля ориентировочно определить температуру воздействия на металл, ведь особенность этого физического явления – частичная необратимость. То есть, если цвета побежалости уже проявились на металле, то либо их вообще нельзя удалить, либо удаление потребует применения механической, химической или термической обработки. Так или иначе, в большинстве случаев удается избавиться от них, однако опытный специалист, как правило, безошибочно определяет следы такой дополнительной обработки. Тем не менее появление радужной расцветки на металлоизделиях не всегда является признаком дефекта, такую особенность металлов используют в ювелирном деле, при изготовлении огнестрельного и холодного оружия и в других областях.

Цвета побежалости

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.

Металл, прилегающий к электрически активному пятну, нагревается преимущественно за счет лучистого теплообмена со столбом дуги и конвекционного теплообмена с горячими газами. Распределение удельного теплового потока по радиусу пятна нагрева можно приблизительно описать законом распределения вероятности Гаусса:

• где q_2max– наибольший удельный тепловой поток в центре пятна нагрева;
• k – коэффициент сосредоточенности удельного потока дуги, см^-2;
• r – расстояние от оси источника, см.

С повышением тока при постоянном напряжении дуги q_2max увеличивается, а при повышении напряжения (удлинение дуги) и неизменном токе удельный тепловой поток уменьшается, а его распределение становится менее сосредоточенным. Использование флюсов и газозащитных смесей позволяет сосредоточить тепловой поток в меньшей области и тем самым избежать появления синеломкости – снижения пластичности стали с одновременным повышением прочности и проявлением синих оттенков побежалости.

Распределение удельного теплового потока q₂ (кал/см²*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.  

Метод измерения температур по цветам побежалости

У разных металлов и сплавов цвета побежалости при нагреве проявляются радужными оттенками разной степени насыщенности и появляются при разном температурном воздействии. Исходя из того, что избыточный нагрев может критически повлиять на физико-механические свойства, то подобные знания помогут предположительно судить о характере термической обработки или о качестве выполненных сварочных работ.

Остается только определить переливающийся цвет металла и делать это лучше в условиях естественной инсоляции, так как некоторые электрические источники света имеют склонность к частичному искажению цветопередачи. Ну, а поскольку выучить сразу данную информацию проблематично, а стандартные шаблоны с палитрой интерференционных оттенков не всегда можно приобрести в продаже, мы скомпилировали в один массив все цвета побежалости и таблица упросит идентификацию температуры нагрева и закалки.

Шкала цветов побежалости стали

Цвета побежалости стали углеродистой

Данные, приведенные в таблице, актуальны только для углеродистых марок стали. На высоколегированных, в том числе коррозионностойких и жаропрочных сталях цвета побежалости могут проявляться под воздействием более высоких температур.

Цвета побежалости нержавеющей стали AISI 304

Участки с соломенным и синим оттенком на изделиях и конструкциях из нержавеющих сталей зачищают металлической щеткой или с применением специальных химических паст и аэрозолей. А наплавленный металл темного и пепельно-серого оттенка срезают абразивным кругом до полного удаления окисленного слоя с последующей обработкой поверхности путем шрабления и обработкой плавиковой кислотой, полирующими пастами или гелями.

Шкала цветов побежалости титана

Этот металл серебристо-белого цвета отлично обрабатывается давлением в горячем состоянии и хорошо сваривается. А на его поверхности также часто проявляются оттенки побежалости. Но, в отличие от сталей, у титана проявляется высокая химическая активность в отношении газов, содержащихся в воздухе, и повышенная склонность к росту зерна при температурах выше 800°С. Поэтому появление радужного перелива на титановых изделиях крайне нежелательно, и все цвета, возникающие при сварке, кроме серебристого и соломенного, говорят о нарушении технологии и о неэффективной защите металла сварной ванны.

Цвета побежалости на титане

Цвета побежалости можно вызвать на закаленных и незакаленных сталях, ковком железе и чугуне, титане и вольфраме, при этом химический состав металла и наличие в нем примесей могут существенно повлиять на проявляющиеся оттенки. Поэтому строгого совпадения по всем таблицам искать не стоит, так как качественная оценка цвета – дело субъективное. К тому же на расцветку также может влиять продолжительность теплового воздействия.

Как искусственно создать цвета побежалости металла?

Итак, получить разные оттенки побежалости на стали, титане, меди и бронзе можно термическим и химическим способом. Первый влияет на структуру и физико-механические свойства обрабатываемого металла, второй по сути является химическим окрашиванием, в процессе которого может принимать участие и вещество окрашиваемого изделия.

Термический способ

Для получения нужного оттенка изделия помещают в муфельную печь или нагревают газовой горелкой. В результате интенсивного теплового воздействия на металлической поверхности довольно быстро начнут сменяться цвета и здесь главное – прекратить нагрев в тот момент, когда на изделии получен необходимый цвет.

Химический способ

Используя различные химические вещества и соединения, можно добиться образования пленок, вызывающих появление интерференционных цветов и при этом получить очень яркие и разнообразные оттенки не только на титане и сталях, но и на серебре, никеле, меди, а также бронзе и латуни. Другое дело, что первые цвета на медных и бронзовых поверхностях слегка изменены из-за цвета самого металла и несколько отличаются от цветов на титановых и железосодержащих сплавах.

Цвета побежалости на цветных металлах

*Для получения цветов более высокого порядка необходимы слабоокислительные условия.

Если в быту необходимо получить на металлической поверхности различные цвета побежалости и как сделать их вы не знаете, то лучше обратиться к опытному специалисту или в профильную мастерскую. Выполняя такую работу, не имея опыта, можно критически изменить не только декоративные свойства изделий, но и физико-механические свойства металла, а также получить термические или химические ожоги.

Где и как применяют инфильтрационные оттенки

Практика приблизительного определения температуры нагрева металла по цветам побежалости имеет очень глубокие корни. И даже после изобретения термопар и пирометров к такому способу оценки теплового воздействия на металлоизделия широко прибегают и сегодня. Например, для стальных закаленных рессор, пружин, сверл, ножей и медицинского инструмента интерференционную окраску часто сочетают с отпуском.

Красивые радужные переливы и градиенты разнообразных оттенков смотрятся очень эффектно. Учитывая высокую декоративность побежалости, ее часто создают искусственно. Например, при изготовлении:

• чеканных изделий;
• стенных металлических панно;
• малых архитектурных форм и арт-объектов.

После введения моды на металлическую бижутерию химическим способом получают различные цвета побежалости на кольцах, браслетах, серьгах и кулонах. Обширный перечень химических реагентов позволяет создавать невероятно красивые и эффектные украшения в самых разных стилях и вариациях. Такая технология используется при производстве столовых приборов и посуды из нержавеющих сталей и с яркими интерференционными оттенками, а для улучшения эстетики и эксплуатационных свойств холодного и огнестрельного оружия чаще всего применяют термохимическую обработку стали и цветных сплавов.

Мужское кольцо из нержавеющей стали

Возможно, в ближайшее время химики в тандеме с металлургами и инженерами разработают новые технологии придания металлоизделиям различных интерференционных оттенков и более эффективные способы устранения следов побежалости в области сварного шва. Ну а пока компания «Метинвест-СМЦ» предлагает купить сертифицированный металлопрокат, качество которого позволит максимально эффективно воплотить в жизнь любые проекты, в том числе и по производству прочных и надежных сварных металлоконструкций или различных арт-объектов со следами побежалости.