При какой температуре краснеет сталь
Что такое 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.
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
Цвета
Температура нагрева, °С
коричнево-желтый до бурого
лиловый
цвет морской воды
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.
Цвета побежалости для отделки поверхности
При подготовке регламентов стоит предпочесть более низкие температуры и более продолжительную выдержку, так как пленки в этом случае получаются более прочными и исключается создание дополнительных термических напряжений, которые могут приводить к короблению изделий.
Цвета побежалости используют для отделки поверхности изделий из стали, чугуна и цветных металлов: пряжек, поковок, солнечных коллекторов, холодного оружия и обрабатывающего инструмента. Это и всем известный процесс воронения.
И 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 окисной пленки 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.
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
| Цвет побежалости | Температура, град. С | Инструмент, который следует отпускать |
| Бледно-желтый | 210 | – |
| Светло-желтый | 220 | Токарные и строгальные резцы для обработки чугуна и стали |
| Желтый | 230 | Тоже |
| Темно-желтый | 240 | Чеканы для чеканки по литью |
| Коричневый | 255 | – |
| Коричнево-красный | 265 | Плашки, метчики, сверла, резцы для обработки меди, латуни, бронзы |
| Фиолетовый | 285 | Зубила для обработки стали |
| Темно-синий | 300 | Чеканы для чеканки из листовой меди, латуни и серебра |
| Светло-синий | 325 | – |
| Серый | 330 | – |
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).
Выгоревший с поверхности металла углерод делает изделия обезуглероженным с пониженными прочностными характеристиками, с затрудненной механической обработкой. Интенсивность, с которой происходит окисление и обезуглерожевание, зависит от температуры нагрева, т.е. чем больше нагрев, тем быстрее идут процессы.
Образование окалины при нагреве можно избежать, если под закалку применить пасту, состоящую из жидкого стекла – 100 г, огнеупорной глины – 75 г, графита – 25 г, буры – 14 г, карборунда – 30 г, воды – 100 г. Пасту наносят на изделие и дают ей высохнуть, затем нагревают изделие обычным способом. После закалки его промывают в горячем содовом растворе. Для предупреждения образования окалины на инструментах быстрорежущей стали применяют покрытие бурой. Для этого нагретый до 850°С инструмент погружают в насыщенный водный раствор или порошок буры.
Углеродистые стали при закалке лучше охлаждать сначала в воде до температуры 400-35°С, а затем в масле. Это предотвращает возникновение внутреннего напряжения. Во время охлаждения изделие рекомендуется быстро перемещать сверху вниз.
Тонкостенные длинные детали (например, ножи) для охлаждения опускают в воду или масло строго вертикально, в противном случае они могут сильно деформироваться.
Зубила целесообразно закалить в мокром песке, который увлажняют раствором соли.
Тонкие сверла закаливают в сургуче. Для этого разогретый до светло-красного цвета конец сверла погружают в сургуч и оставляют там до полного охлаждения.
Химико-термическая обработка стали.
Благодаря такой обработке меняется не только структура металла, но и химический состав его верхнего слоя и деталь может иметь вязкую сердцевину, выдерживающую ударные нагрузки, высокую твердость и износность. Из существующих способов химико-термической обработки стали в условиях небольшой мастерской можно выполнять только цементацию. Цементация – это науглероживание поверхности стали. Этому процессу подвергают чаще всего изделия из малоуглеродистых сталей, содержащих не более 0,2% углерода и некоторых легированных сталей. Детали, предназначенные для цементации, сначала очищают. Поверхности не подлежащие науглероживанию, покрывают специальными предохранительными противоцементными обмазками.
1-ый состав простейшей обмазки: огнеупорная глина с добавлением 10% асбестового порошка, вода. Смесь разводят до консистенции густой сметаны и наносят на нужные участки поверхности изделия. После высыхания обмазки можно производить дальнейшую цементацию изделия.
2-ой состав применяемой обмазки: каолин – 25%, тальк – 50%: вода – 25%. Разводят эту смесь жидким стеклом или силикатным клеем.
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 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 градусов, а затем быстро переносят в масло, где и оставляют до полного охлаждения. Время пребывания детали в воде определяют из расчета: 1 секунда на каждые 5—6 мм сечения детали. В каждом отдельном случае это время подбирают опытным путем 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 направлениях.
Небольшие детали из малоуглеродистых сталей (марок «30», «35» «40») слегка разогревают, посыпают железосинеродистым калием (желтая кровяная соль) и вновь помещают в огонь. Как только обсыпка расплавится, деталь опускают в охлаждающую среду. Железосинеродистый калий расплавляется при температуре около 850 градусов, что соответствует температуре закалки этих марок стали.
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 градусов (цвет побежалости — светло-желтый), выдерживают при этой температуре, а затем охлаждают на воздухе. В результате такой обработки материал, теряя хрупкость, сохраняет высокую прочность и, кроме того, в нем значительно снижаются внутренние напряжения, возникающие 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 градусов и затем медленно охлаждают.
Высокому отпуску подвергают детали, у которых необходимо полностью снять все внутренние напряжения. В этом случае температура нагрева еще выше — 500—600 градусов.
Термообработку (закалку и отпуск) деталей простой формы (валики, оси, зубила, кернеры) 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 бруском и следят за сменой цветов побежалости на нем. Когда появится цвет, соответствующий необходимой температуре отпуска (220 градусов — светло-желтый, 240 градусов — темно-желтый, 314 градусов—светло-синий, 330 градусов — серый), деталь вновь погружают в жидкость, теперь уже до полного охлаждения. При отпуске небольших деталей (как и при закалке) нагревают какую-нибудь болванку и на нее кладут отпускаемую деталь. При этом цвет побежалости наблюдают на самой детали.
Рабочая температура нержавеющей стали, температура применения жаропрочных сталей и сплавов
Представлены таблицы значений максимальной рабочей температуры стали (нержавеющей, жаропрочной и жаростойкой) распространенных марок при различных сроках эксплуатации. Указана также температура, при которой сталь начинает интенсивно окисляться на воздухе.
Таблицы позволяют подобрать необходимую марку нержавеющей стали или сплава на железоникелевой основе под определенные условия эксплуатации и заданный срок службы.
В первой таблице приведена рабочая температура (максимальная температура применения) нержавеющих сталей и сплавов на железоникелевой и никелевой основах, предназначенных для работы в окислительной среде от 50 до 100 тысяч часов.
По данным таблицы видно, что при сверхдлительной эксплуатации максимальная рабочая температура рассмотренных марок стали не превышает 850°С (нержавеющая сталь 05ХН32Т), а «запас» до температуры интенсивного окалинообразования составляет от 200 до 500 градусов.
| Марка стали или сплава | Максимальная температура применения, °С | Температура начала интенсивного окалинообразования на воздухе, °С |
|---|---|---|
| 05ХН32Т (ЭП670) | 850 | 1000 |
| 08Х15Н24В4ТР (ЭП164) | 700 | 900 |
| 08Х16Н13М2Б (ЭИ680) | 600 | 850 |
| 09X16Н4Б (ЭП56) | 650 | 850 |
| 09Х14Н19В2БР (ЭИ695Р) | 700 | 850 |
| 09Х14Н19В2БР1 (ЭИ726) | 700 | 850 |
| 09Х16Н15М3Б (ЭИ847) | 350 | 850 |
| 12X13 | 550 | 750 |
| 12Х18Н10Т | 600 | 850 |
| 12Х18Н12Т | 600 | 850 |
| 12Х18Н9Т | 600 | 850 |
| 12ХН35ВТ (ЭИ612) | 650 | 850…900 |
| 13Х14Н3В2ФР (ЭИ736) | 550 | 750 |
| 15Х11МФ | 580 | 750 |
| 16X11Н2В2МФ (ЭИ962А) | 500 | 750 |
| 18Х11МНФБ (ЭП291) | 600 | 750 |
| 18Х12ВМБФР (ЭИ993) | 500 | 750 |
| 20Х12ВНМФ (ЭП428) | 600 | 750 |
| 20Х13 | 500 | 750 |
| 31Х19Н9МВБТ (ЭИ572) | 600 | 800 |
| 55Х20Г9АН4 (ЭП303) | 600 | 750 |
| ХН65ВМТЮ (ЭИ893) | 800 | 1000 |
| ХН70ВМЮТ (ЭИ765) | 750 | 1000 |
| ХН80ТБЮ (ЭИ607) | 700 | 1050 |
Во второй таблице представлена максимальная рабочая температура стали при длительной эксплуатации длительностью до 10 тысяч часов. По значениям температуры в таблице видно, что при менее длительном применении стали возможно увеличение ее рабочей температуры. При этом «запас» до температуры интенсивного окалинообразования уменьшается.
Например, максимальная рабочая температура нержавеющей стали 12Х18Н9Т при длительной эксплуатации на 200 градусов выше, чем при сверхдлительной. Эта сталь может применяться при температуре до 800°С в течении 10 тысяч часов.
Максимальная рабочая температура из приведенных в таблице марок соответствует стали 10ХН45Ю — она может использоваться при 1250…1300°С.
| Марка стали или сплава | Максимальная температура применения, °С | Температура начала интенсивного окалинообразования на воздухе, °С |
|---|---|---|
| 03X21Н32М3Б (ЧС33) | 550…750 | — |
| 03X21Н32М3БУ (ЧС33У) | 550…750 | — |
| 05Х12Н2М | 550 | — |
| 07Х15Н30В5М2 (ЧС81) | 850 | — |
| 08Х16Н11М3 | 600 | — |
| 08X18Н10 | 800 | 850 |
| 08Х18Н10Т (ЭИ914) | 800 | 850 |
| 09X18Н9 | 550 | — |
| 10Х18Н9 | 550 | — |
| 10Х23Н18 | 1000 | 1050 |
| 10ХН45Ю (ЭП747) | 1250…1300 | — |
| 11Х11Н2В2МФ (ЭИ962) | 600 | 750 |
| 12Х18Н9 | 800 | 850 |
| 12Х18Н9Т | 800 | 850 |
| 12Х18Н10Т | 800 | 850 |
| 12Х18Н12Т | 800 | 850 |
| 12Х25Н16Г7АР (ЭИ835) | 1050 | 1100 |
| 12ХН38ВТ (ЭИ703) | 1000 | 1050 |
| 13Х11Н2В2МФ (ЭИ961) | 600 | 750 |
| 14Х17Н2 (ЭИ268) | 400 | 800 |
| 15Х12ВНМФ (ЭИ802) | 780 | 950 |
| 16X11Н2В2МФ (ЭИ962А) | 600 | 750 |
| 20Х23Н13 (ЭИ319) | 1000 | 1050 |
| 20Х23Н18 (ЭИ417) | 1000 | 1050 |
| 20Х25Н20С2 (ЭИ283) | 1050 | 1100 |
| 36Х18Н25С2 | 1000 | 1100 |
| 37Х12Н8Г8МФБ (ЭИ481) | 630 | 750 |
| 40Х9С2 | 650 | 850 |
| 40X10С2М (ЭИ107) | 650 | 850 |
| 45Х14Н14В2М (ЭИ69) | 650 | 850 |
| 45Х22Н4М3 (ЭП48) | 850 | 950 |
| ХН33КВЮ (ВЖ145, ЭК102) | 1100 | — |
| ХН45МВТЮБР (ВЖ105, ЭП718) | 700 | — |
| ХН54К15МБЮВТ (ВЖ175) | 750 | — |
| ХН55К15МБЮВТ (ЭК151) | 750 | — |
| ХН55МВЦ (ЧС57) | 950 | — |
| ХН55МВЦУ (ЧС57У) | 950 | — |
| ХН56К16МБВЮТ (ВЖ172) | 900 | — |
| ХН56КМЮБВТ (ЭК79) | 750 | — |
| ХН58МБЮ (ВЖ159, ЭК171) | 1000 | — |
| ХН59КВЮМБТ (ЭП975) | 850 | — |
| ХН60ВТ (ЭИ868, ВЖ98) | 1000 | 1100 |
| ХН60Ю (ЭИ559А) | 1200 | 1250 |
| ХН62БМКТЮ (ЭП742) | 750 | — |
| ХН62ВМЮТ (ЭП708) | 900 | — |
| ХН62МВКЮ (ЭИ867) | 800 | 1080 |
| ХН67МВТЮ (ЭП202) | 800 | 1000 |
| ХН68ВМТЮК (ЭП693) | 950 | — |
| ХН69МБЮТВР (ВЖ136, ЭК100) | 650 | — |
| ХН70ВМТЮ (ЭИ617) | 850 | 1000 |
| ХН70ВМТЮФ (ЭИ826) | 850 | 1050 |
| ХН70Ю (ЭИ652) | 1100 | 1250 |
| ХН73МБТЮ (ЭИ698) | 700 | 1000 |
| ХН75ВМЮ (ЭИ827) | 800 | 1080 |
| ХН75МБТЮ (ЭИ602) | 1050 | 1100 |
| ХН78Т (ЭИ435) | 1100 | 1150 |
В третьей таблице указана максимальная рабочая температура нержавеющей стали при кратковременной эксплуатации (до 1000 часов). При таких сроках эксплуатации сталь и жаропрочные сплавы могут иметь рабочую температуру на 50…100 градусов выше, чем при длительной работе (до 10 тыс. часов).
Например, жаропрочный сплав ХН62МВКЮ при кратковременной эксплуатации может применяться при температурах до 900°С, а при длительной эксплуатации — только до 800°С.
Загрузка...
