Как определить температуру металла

Термическая обработка металлов

Визуальное определение температуры нагретого металла

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 температуры нагрева и способа последующего охлаждения различают следующие виды термической обработки: закалка, отпуск и отжиг.

В любительской пpaктике для определения температуры раскаленной детали по цвету можно использовать приведенную таблицу.

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 пpaктике 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.

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.

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.

Отжиг и закаливание дюралюминия

Отжиг дюралюминия производят для снижения его твердости. Деталь или заготовку нагревают примерно до 360°С, как и при закалке, выдерживают некоторое время, после чего охлаждают на воздухе. Твердость отожженного дюралюминия вдвое ниже, чем закаленного.

Приближенно температуру нагрева дюралюминия детали можно определить так. При температуре 350–360°С деревянная лучина, которой проводят по раскаленной поверхности детали, обугливается и оставляет темный след. Достаточно точную температуру детали можно определить с помощью небольшого (со спичную головку) кусочка медной фольги, который кладут на ее поверхность. При температуре 400°С над фольгой появляется небольшое зеленоватое пламя.

Отожженный дюралюминий обладает небольшой твердостью, его можно штамповать и изгибать вдвое, не опасаясь появления трещин.

Закаливание. Дюралюминий можно повергать закаливанию. При закаливании детали из этого металла нагревают до 360–400°С, выдерживают некоторое время, затем погружают в воду комнатной температуры и оставляют там до полного охлаждения. Сразу после этого дюралюминий становится мягким и пластичным, легко гнется и куется. Повышенную твердость он приобретает спустя три-четыре дня. Его твердость (и одновременно хрупкость) увеличивается настолько, что он не выдерживает изгиб на небольшой угол.

Наивысшую прочность дюралюминий приобретает после старения. Старение при комнатной температуре называют естественным, а при повышенных температурах – искусственным. Прочность и твердость свежезакаленного дюралюминия, оставленного при комнатной температуре, с течением времени повышается, достигая наивысшего уровня через пять–семь суток. Этот процесс называется старением дюралюминия.

Отжиг меди и латуни

Отжиг меди. Термической обработке подвергают и медь. При этом медь можно сделать либо более мягкой, либо более твердой. Однако в отличии от стали закалка меди происходит при медленном остывании на воздухе, а мягкость медь приобретает при быстром охлаждении в воде.

Если медную проволоку или трубку нагреть докрасна (600°С) на огне и затем быстро погрузить в воду, то медь станет мягкой. После придания нужной формы изделие вновь можно нагреть на огне до 400°С и дать ему остыть на воздухе. Проволока или трубка после этого станет твердой.

Если необходимо выгнуть трубку, ее плотно заполняют песком, чтобы избежать сплющивания и образования трещин.

Отжиг латуни позволяет повысить ее пластичность. После отжига латунь становится мягкой, легко гнется, выколачивается и хорошо вытягивается. Для отжига ее нагревают до 500°С и дают остыть на воздухе при комнатной температуре.

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, пpeдoxpaняющая 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 употрeблением 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 пpaктических советов», автор-составитель В.Г. Бастанов, издательство «Московский рабочий, 1986г.»

Как определить температуру металла

ИЗМЕРЕНИЕ И КОНТРОЛЬ ТЕМПЕРАТУРЫ НАГРЕВА МЕТАЛЛА

Температура нагрева металла имеет первостепенное значение для ковки. Недогретую сталь, так же как и перегретую, нельзя ковать. Поэтому для качественного нагрева стали необходимо поддерживать температуру в печи или горне такой, чтобы она обеспечивала ровную ковочную температуру для данной марки стали.

Существует два основных способа измерения температуры печи, а также температуры нагреваемого металла — на глаз (по цветам каления) и с помощью специальных приборов — пирометров.

Определение температуры по цветам каления. Этот способ применяется главным образом при нагревании стали в горнах. Кузнец вынимает нагреваемую заготовку из горна и судя по цвету, который она приняла вследствие нагрева, определяет температуру нагрева ее в градусах. В табл. 13 показано соответствие цветов нагретой заготовки температурам в градусах Цельсия.

Точность определения температуры нагрева по этим цветам зависит от освещения кузницы, погоды, опыта и зрения кузнеца и других данных. Поэтому указанным способом можно только приближенно определять температуру нагрева стали.

Определение температуры с помощью пирометров. Этим способом можно более точно определять как температуру в печах, так и температуру нагреваемой заготовки. Различают несколько видов пирометров, из которых наиболее употребительными являются термоэлектрический и оптический.

Термоэлектрический пирометр (рис. 36, а, б) применяется для измерения температуры печи. Он состоит из двух частей—* термопары 1 и гальванометра 2, соединенных между собой проводами 7 длиной до четырех метров. Термопара через отверстие вводится непосредственно в печь и подвергается воздействию горячих газов, а гальванометр показывает температуру печи в градусах. Термопара представляет собой две тонкие проволочки 4, изготовленные из разнородных металлов и спаянные в точке 3. Свободные концы проволочек с помощью зажимов 8 электрически соединены с гальванометром. Вследствие того, что проволочки изготовлены из разнородных металлов, при нагреве в месте спая возникает электрический ток, который по проводам

передается в гальванометр и вызывает движение стрелки на градуированной шкале. Чем выше температура печи, тем сильнее ток и тем больше стрелка отклоняется вправо.

Для пpeдoxpaнения от механических повреждений термопара заключена в кожух 5, а для пpeдoxpaнения от соприкосновения

проволок между собой каждая из них заключена в фарфоровую или кварцевую трубку 6. Усовершенствованные конструкции термоэлектрических пирометров снабжены самопишущими приборами, которые вычерчивают на сетке кривую колебания температуры печи.

Определение температуры с помощью оптического пирометра. Оптический пирометр (рис. 36, в, г) применяется для определения температуры нагреваемой заготовки или поковки. Он состоит из зрительной трубы 4, окуляра 5, объектива 1, красного стекла 2, электрической лампочки 3, реостата 7, регулирующего силу накала нити лампочки, гальванометра 6, показывающего температуру нагреваемого металла в градусах, и аккумулятора 8, питающего током лампочку. Процесс измерения температуры протекает в следующей последовательности. Зрительная труба 4 нацеливается на раскаленный металл, лучи от которого проникают через красное стекло 2 и создают красный фон, яркость которого зависит от температуры раскаленного металла. На этом красном фоне резко выделяется нить лампочки в том случае, когда температура ее накала ниже температуры раскаленного металла и сливается в один цвет в том случае, когда температура накала нити лампочки и металла одинакова. Для определения температуры металла следует реостатом 7 отрегулировать силу накала нити лампочки до такого состояния, чтобы она не выделялась на красном фоне. Температура, показанная в этот момент на шкале гальванометра, и будет температурой раскаленного металла. На рис. 36, д представлены три возможных показания пирометра: I — температура накала нити лампочки почти одинакова с температурой нагрева металла; II — температуры одинаковы; III — температура металла выше температуры накала нити.

Читать еще:  Как заменить подшипник на бетономешалке видео

Оптическим пирометром можно измерять температуру от 700 до 1500°.

Рис. 36. Пирометры: а, б — термоэлектрический (общий вид и схема); в, г, д — оптический (общий вид, схема и три возможных показания
пирометра)

Цвета побежалости металлов

Цвета побежалости – спектр цветов, образующихся на поверхности железных сплавов в результате появления окисной пленки. Они образуются при нагревании поверхностей из металла до определенных температур без участия воды. Цвета побежалости являются дефектом сварного соединения.

Происхождение

В природе цвета побежалости образуются на поверхности многих минералов, включая пирит и халькопирит. Из-за окисления они покрываются тонкой оксидной пленкой, преломляющий солнечный свет. В результате интерференции поверхности металла окрашивается в разные цвета. Яркость побежалости зависит от толщины оксидной пленки и длины волны. Наиболее яркие цвета побежалости образуются на медных минералах. Также цвет зависит от качественного состава металла. Если в элементе присутствует большое количество ионов металлов, то он окрашивается в синие цвета. При наличии хромофоров минералы становятся красными.

Также цвета побежалости могут образовывать в естественных условиях на поверхностях старых стекол или монет. Изменение окраса может быть обусловлено длительным контактом этих материалов с землей. Если на них присутствует жировая пленка, то они окрашиваются в радужный цвет. Побежалость скрывает настоящий цвет металла. Поэтому нельзя определять его истинный окрас на свежем изломе. Рекомендуется определять цвет при рассмотрении оксидной пленки.

Искусственно цвета побежалости образуются на поверхности металлических заготовок при сварке или закалке. Они появляются при нагревании металлов до критических температур без участия молекул воды или иных жидкостей. Во время нагревания происходит процесс образования оксидной пленки. Ее толщина составляет несколько молекул и уменьшается по мере нагрева. Это обусловлено явлением диффузии – процессом проникновения мельчайших частиц одного химического элемента в другой. В данном случае происходит взаимодействие атомов металла и кислорода. На углеродистых сталях пленки из оксидов возникают быстрее, чем на легированных.

ПроцеДypa покрытия стали и железа слоем оксидной пленки называется воронением. После проведения этой процедуры повышается коррозийная стойкость изделия. Обработанные детали не покрываются ржавчиной. ПроцеДypa воронения позволяет придать изделию окрас, даже если металлическая поверхность по условиям эксплуатации не подлежит покраске. Во время воронения заготовку протирают минеральным маслом и нагревают на железном листе. После выгорания масляной жидкости на заготовке появляются цвета побежалости. Для нужного окраса необходимо нагреть деталь до соответствующей температуры. Получившийся слой окисла является влагоустойчивым и не подвергается воздействию воздуха.

На скорость образования окисных пленок влияют следующие факторы:

1. Структура поверхности: закаленные детали окисляются с большей скоростью.
2. Загрязненность изделия: поверхности, покрытые маслом, при длительном нагреве обугливаются, что приводит к возникновению сажи. По этой причине образуется неровная и тонкая оксидная пленка.
3. Наличие шероховатостей: если нагревается заготовка с шершавой поверхностью, то оксидная пленка получается плотной. Если перед процедурой термообработки отполировать деталь, то образуется тонкая пленка из оксидов.
4. Оборудование для нагрева: если при термообработке применяются специальные нагревательные печи, способные поддерживать устойчивую температуру, то окисная пленка будет плотной. В бытовых условиях можно также использовать духовые шкафы, газовые горелки или металлургические печи (горны).

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.

В современной промышленности контроль температуры производится при помощи специальных приборов – пирометров. Они оснащены специальными датчиками, определяются степень нагрева заготовки при помощи лазера.

Цвета побежалости используются при изготовлении рабочих инструментов, лазерной маркировке и внешней обработке изделий из железа, меди, алюминия и латуни. Если требуется изготовить инструментарии с высокой плотностью (бритвенные лезвия, предметы для проведения хирургических операций, режущие кромки резцов и грабштихели), то побежалость должна быть яркого цвета: красного, оранжевого или желтого. До пурпурных и зеленых тонов нагревают инструменты, применяющихся в деревообpaбатывающем секторе. Для достижения упругости при изготовлении пил, ножей, вил и пружин необходимо нагреть заготовки до появления синих или черных цветов.

В процессе нагревания металлическая заготовка становится гибкой, что позволяет мастеру придать ей необходимую форму. После данного процесса изделие закаляется при определенных температурах. Согласно рекомендациям специалистов, оптимальной температурой для закалки металлов является 700–800 °C. В этом случае изделие окрашивается в разные оттенки красного или розового цветов. При превышении этих значений на 300 °C заготовка становится оранжевой или желтой. При больших температурах происходит перекал, что негативно сказывается на прочности изделия.

Закалка улучшает следующие параметры металлической поверхности:

1. Твердость: этот показатель является номинальным. Он прописан в шкале Роквелла и измеряется в HRC. Твердость определяет степень сопротивляемости металла к механическим повреждениям. На мягких изделиях при длительном соприкосновении с иными поверхностями остаются следы, что ухудшает их режущие свойства. Твердость ножей европейского образца составляет 60 HRC, азиатских – 70 HRC.
2. Упругость: данный параметр определяет степень деформации металла при изгибах и ударах. Если сталь закалена, при изгибе на 10–30° она вернется в исходное положение. При перегреве снижается упругость поверхности, что приводит к поломке инструментов.
3. Износостойкость: данный критерий показывает общую стойкость металла (сопротивление абразивному износу, стойкость к большим нагрузкам). При правильной закалке изделие сможет стабильно функционировать в течение более длительного срока.

После закалки заготовка приобретает высокую твердость. Для восстановления ее прочности необходимо провести процедуру отпуска, представляющую собой повторную термообработку детали. Металлическое изделие нагревается до более низких температур и охлаждается. Между закалкой и охлаждением также осуществляется полное остывание металлической поверхности при помощи его погружения в раствор соли или в масло. При выборе отпуска необходимо учитывать следующие особенности:

1. Для изделий, подвергающимся деформациям или ударным нагрузкам, нужно использовать высокотемпературный отпуск: до 700 °C.
2. Для легких клинков используется среднетемпературный отпуск: до 500 °C.
3. Для обеспечения оптимальной твердости применяется низкотемпературный отпуск: до 250 °C. Но в этом случае изделие не сможет выдерживать высокие ударные нагрузки и будет легко деформироваться.

Температура цветов побежалости и каления

Во время отпуска возникают цвета каления. По ним можно определить, до какой температуры нагрелась заготовка. В отличие от побежалости, цвета каления меняются в процессе охлаждения металлической поверхности. Переход между цветами осуществляется в строгой последовательности, но с быстрой скоростью, поэтому мастер должен тщательно контролировать процесс термообработки.

Шкала цветов побежалости стали

Окрас углеродистых деталей при соответствующих температурах указан в следующей шкале цветов побежалости стали:

Как определить температуру металла

Добрый день, всем!

Вижу как люди часто не имеют представление о высоте температуры при нагреве металла.

Для точного определения температуры можно использовать специальные маркеры, термоиндикаторные карандаши. На контролируемую поверхность наносят метку термоиндикаторным карандашом соответствующего номинала. Метка получается сухой и рассыпчатой. Когда температура поверхности достигнет значения, соответствующего номиналу карандаша, метка расплавляется и превращается в глянцевый мaзoк. Точность -/+ 1º по Цельсию.

С уважением, Душан

Я тоже использую такой способ определения температур поверхностей, но меня интересуют температуры ниже 130 градусов по Цельсию.

Как это работает: http://chemistry-chemists.com/N5/19-64.pdf
Материал старый, но добротный. В части термокарандашей с тех пор ничего не изменилось, и даже упоминаемая Tempil Corp не поменяла название: http://www.tempil.com/products/tempstik-test-kits/

Я тоже использую такой способ определения температур поверхностей, но меня интересуют температуры ниже 130 градусов по Цельсию.

Насколько я знаю, номинальная температура, для термоиндикаторные карандаши, начинается от 38º по Цельсию. Тем не менее, существуют устройства, лазерные измерительные температуры, бесконтактный ИК, работающих от -20º до 600º по Цельсию, с разрешающей способностью от 0.5º по Цельсию.

С уважением, Душан

Кстати точность определения не 1* ,а 1% от заявленной температуры.Точность в принципе,все равно, довольно высокая.

Оффтопик: именно так написано в сайте, но 1% от температуры неправильно, не имеет физического смысла. Правильно — погрешность во столько-то градусов, как у Душана Владимировича.

Температура — не аддитивная величина, и 20 градусов в любой шкале не в два раза больше, чем 40. Даже если шкала абсолютная. Можно лишь сказать, что температура в 20 градусов ниже, чем температура в 40 градусов. Я уже писал по поводу неаддитивности температуры несколько по другому поводу: http://forums.balancer.ru/tech/forum/2012/12/t87338,4—kalorimetry-i-kalorimetriya.html

Не уверен,что возможно использовать для мелких деталей.

Конечно, является возможным использовать карандаши с мелкие части, косвенно, я размещаю мелкие детали на металлической пластине, на которой я размещаю метку. Все вместе, это затем идет внутри муфельной печи, в которой температура контролируется микропроцессором, с помочи термопара типа ‘K’ и/или типа ‘N’.

С уважением, Душан

Можно лишь сказать, что температура в 20 градусов ниже, чем температура в 40 градусов.

Сегодня можно такое утверждать. А вот во времена Цельсиуса по шкале его имени было наоборот — лед таял при 100 градусов, а вода кипела при 0. И температура в 40 градусов была ниже, чем в 20
Перевернул шкалу Линней, уже после cмepти Цельсиуса.

Читать еще:  Сандвик расчет режимов резания онлайн

Я должен сказать, что я не видел в спецификации заявив номинальную температуру в процентах, только в градусах, как показано ниже.

Причем, не совсем ясно сказано, на чего относится +/- 1º, нажмите здесь (http://www.markingpendepot.com/tempilstikstemperatureindicatormarkers.aspx).

С уважением, Душан

Мне любопытно потом, на чего реально относится +/- 1º. Это противодействие другой заявлении, и без сомнения, это свидетельствует о точности. Мой английский является безупречной, я вырос на двух языках.

Возможно, просто коммерческая подача, чтобы заманить кого-то, чтобы купить продукт. 🙁

С уважением, Душан

Одиссей, Душан Владимирович, это весьма широко распространенная ошибка. Я ее встречал даже в весьма авторитетных источниках. В Европейской фармакопеи, начиная с 5 издания такой ляп есть, и кочует до сегодняшнего, актуального варианта. Убедиться, что такое нормирование ошибочно можно очень легко, рассмотрев три разные и распространенные температурные шкалы — Кельвина, Цельсия и Фаренгeйта.

Допустим, что термометр (или термоиндикатор — нет разницы) с заявленной погрешностью 1% при температуре 100 градусов Цельсия. Это 1 градус.
В шкале Кельвина эта температура будет уже 373 К, и погрешность будет 3.7 кельвина, что равно 3.7 градусов Цельсия.
В шкале Фаренгeйта — 212 градусов, соответственно погрешность будет 2.1 градус Фаренгeйта, что равняется 1.16 градусов Цельсия.

А если принять дельта тэ (температурный интервал), все будет в порядке: 1 градусу Цельсия соответствует 1 кельвин и 1.8 градус по Фаренгeйту.

Убедиться, что такое нормирование ошибочно можно очень легко, рассмотрев три разные и распространенные температурные шкалы — Кельвина, Цельсия и Фаренгeйта.

Мне полностью ясно и не нужно убедиться, я вырос с обоими, с Imperial системы и с метрики. Также жил и работал через переход с Imperial на метрический системы, когда Австралия пошла путем принятия системы SI. Так что я использовал все трех системы измерения температур, даже сегодня использую Imperial системы, по случаю старых инструментов, или когда они были сделаны для американского рынка .

С уважением, Душан

Я не согласен 🙂
Измерение температуры твердой поверхности с применением датчика типа термометра сопротивления, термистора или термопары легко может дать погрешность в десятки и даже в сотни градисов. Дело в термическом сопротивлении на границе раздела фаз деталь-датчик. Если просто прикоснуться датчиком к поверности, термосопротивление будет большим. Пятно контакта — несколько точек, и нагрев датчика будет медленным. Кроме того, датчик будет охлаждаться воздухом. В результате недогрев может составить заметную величину. Несколько лет назад на работе у нас произошел серьезный спор то теме и я поставил наглядный эксперимент: в алюминиевом бачке с ТЭНом залили воду, включили нагрев и дождались интенсивного кипения. По барометру вода должна была кипеть при температуре 99.1 градусов Цельсия. Ни один датчик не показал температуру стенки бачка выше 95 градусов (а некоторые показывали и 85) а термоиндикатор tempilstick 206 показал, что температура выше 97 градусов Цельсия (206°F). Следующий же на 213°F (101°С) не изменился.

Для правильного измерения температуры твердой поверхности нужно иметь оечнь плотный контакт между датчиком и поверхность. Именно тут термокарандаши, термолаки и краски вне конкуренцик. А если нужно определить поле температур, то альтернатива термовизора — именно карандаши и многопереходные краски.

Термопар или ТСП можно использовать только для определенного объекта, и калибровка их весьма трудоемка. Изменился объект, или температура, и погрешность уже неизвестна.

Для пластин, нагреваемые в печи, на горелке, на плитке термоиндикатор — почти единственный (дешевый) способ определить температуру с точностью в нескольких градусов. Альтернатива — термовизор. Термопара дасть видимость точного измерения: будет воспроизводимо (если не пойдут наводки от печи), с тремя значащими, и. неверно 🙂

А в районе 100 градусов я лучше плюну на поверхность валка, чем буду смешить рабочих мультимером.
Я серьезно 🙂

.. но как инженер механик я не смог придумать ему применение, особенно исходя из рекламируемой точности измерения температуры, и как правило,

Я пороховик-технолог, скоро 30 лет стажа, и постоянно применяю. Хотя в заводской лаборатории у меня есть намного более точные средства измерения, в том числе и неофициально откалиброванный по МПТШ первичный эталон температуры 🙂

А термопар мне покупать необязательно — могу и сам варить. Несколько раз чинил перегоревшие промышленые датчики, потом сдавал в метрологию и они проходили поверку. Кроме того, приходится варить малогабаритные термопары W-Re5/W-Re10. Их и не купить, термоэлектроды в виде проволоки 0.07 у меня еще со студенчестве.

Не в порядке хвастания, а для убедительности 😉

. ( тоже в качестве похвастаться))).

Уели :)))))))
А температура поверхности мне надо определять на рабочих поверхностей валков. Подробнее: http://www.balancer.ru/g/p3147348

К сожалению, по теме термообработки часовых деталей я слабак. Дальше свечки не пошел, и в основном калю и отпускаю кетайческие отвертки. С полгода назад и это перестал делать: Anth мне презентовал ЗиМовские, и с тех пор только ими работаю 🙂
Ремонты я делаю, как в фирменном сервисе — меняю детали 🙂 правда из хлама, а не на новые. Ремонтировать и точить детали я не умею. Но мне здесь интересно, я научился перебирать и настраивать простые часики, а когда обсуждение попадает в мою профессиональную сферу, получаются вот такие лирические отклонения.

Убедиться, что такое нормирование ошибочно можно очень легко, рассмотрев три разные и распространенные температурные шкалы — Кельвина, Цельсия и Фаренгeйта.

Привет!
Сам я инженер-металлург и имею некоторое понятие о температурах.;)
Возможно в научных журналах такое недопустимо,но здесь обсуждался конкретный товар,продаваемый на сайте компании. И этот товар- индикатор.
Думаю, согласитесь ,что если в интервалах,скажем до 300*С ,каждый градус на счету:), то в интервале,300-600*С,такая точность ни к чему ,+/-5*С- нормально. Соответственно и при калибровке (производстве) этих самых индикаторов,удобнее выдерживать точность дифференцированно( уж простите за словечко).Да и мне ,как потребителю,удобнее .
По Вашему же получается ,что производитель должен выдержать одинаковую точность по всей гамме продукта (около 100 наименований),что не возможно,да и не нужно.
Или ,как вариант, в каждой строке должна появиться информация о точности каждого индикатора в отдельности,что тоже как то перегружает:)
Одиссей.

Измерение температуры и твердости стали

Определение температуры при термической обработке можно производить на основании цвета излучения нагретой стали или с использованием измерительных приборов.

Ориентировочно температуру можно определить по цвету нагретого металла (табл. 23).

Таблица 23

Цвета стали при различных температурах

К измерительным приборам для измерения температур относятся различные термометры (манометрические термометры, термометры сопротивления и др.), термопары, оптические пирометры, термоэлектрические пирометры и термокарандаши.Используют следующие методы определения твердости металла. Неточные методы: проба напильником, проба по цвету искры при заточке изделия на шлифовальном круге (см. также п. 3.3). Точные методы определения твердости: по Бринеллю (вдавливание стального шарика в исследуемый металл, обозначение твердости HB), по Роквеллу (вдавливание в исследуемый металл алмазного конуса, обозначения HR, HRB, HRC и HRA), по Виккерсу (вдавливание в исследуемый материал алмазной пирамиды, обозначение HV), а также по методу упругой отдачи Шора (по высоте отскакивания шарика или бойка от обработанной поверхности, обозначение HSD).

Отжиг стали

Отжигом называют термическую операцию, заключающуюся в нагревании материала до определенной температуры, выдерживании его при этой температуре и медленном охлаждении.

Целью отжига углеродистой стали является снятие внутренних напряжений, получение мелкозернистой структуры стали, уменьшение твердости, улучшение обpaбатываемости, а также увеличение пластичности и вязкости стали.

Различают следующие виды отжига углеродистых сталей: для снятия наклепа, диффузионный, рекристаллизационный, изотермический, на зернистый перлит, нормализация.

Диффузионный отжиг – нагревание стали до температуры 1000–1250 °C (оптимальная температура 1150 °C), выдерживание при этой температуре в течение определенного времени и последующее медленное охлаждение в течение 6–8 ч до температуры 800–890 °C в печи, а затем – на воздухе. Целью этой операции является уменьшение неоднородности химического состава деталей, имеющих внутрикристал-лическую ликвацию. Эта операция используется для крупного стального литья и крупных слитков из легированных сталей.

Бывший в пользовании инструмент (молоток, зубило, пробойник, напильник, плашка и т. д.) с целью его переделки или исправления подвергают нормализации. Отжиг этого вида основан на нагревании стали до определенной температуры, кратковременной выдержке при этой температуре и последующем постепенном охлаждении на воздухе.

Отжиг стали производится в печах, предназначенных для нагревания стали при различных процессах термической обработки.

Закалка стали

Закалкой называется технологический процесс термической обработки, применяемый для получения высоких механических свойств стальных изделий за счет изменения их структуры. Закалка состоит в нагревании изделия до определенной температуры, выдержке при этой температуре для ее выравнивания по всему сечению изделия и быстром охлаждении. Применяют следующие виды закалки: в одном или двух охладителях, струйчатую, ступенчатую и изотермическую.

Способ нагревания стали оказывает большое влияние на весь дальнейший процесс термической обработки. Перед нагреванием стали для закалки следует прежде всего определить вид и сорт стали. Если сталь не подвергалась отжигу, следует ее отжечь. Сталь необходимо очистить от грязи и следов жира.

Чем меньше в стали содержание углерода, тем выше температура нагревания.

Нагрев изделий под закалку производят одним из трех способов: в печах с газовой атмосферой – мазутных, нефтяных, газовых, электрических; в ваннах с жидкими средами – расплавленными солями или металлами; токами высокой частоты.

Скорость нагрева изделий зависит от способа их укладки, массы загружаемых в печь или ванну изделий, от их габаритных размеров и теплопроводности.

Время нагрева до 800 °C цилиндрических деталей на 1 мм диаметра в электропечах составляет примерно 40–50 с, а в мазутных и нефтяных печах – 35–40 с.

В качестве жидких сред для нагрева до 800 °C применяются свинцовые или соляные ванны. Время нагрева в свинцовой ванне на 1 мм диаметра составляет 6–8 с, а в соляных – 12–15 с.

Выдержка изделия при температуре закалки необходима для выравнивания температуры по всему сечению и обеспечения завершения происходящих при этом структурных превращений. Время выдержки зависит от химического состава стали, ее теплопроводности, величины, формы и массы закаливаемых изделий. На пpaктике время выдержки принимают равным 20–30 % от общего времени нагрева до заданной температуры.

Изделие следует правильно уложить в печи или в ванне, чтобы избежать деформирования.

Нагревание должно быть постепенным (следует избегать случайного подъема температуры) и производиться таким образом, чтобы нагревалась вся масса материала (изделия нужно часто переворачивать). За нагреванием стали необходимо наблюдать, чтобы избежать перегрева и пережога. Для предотвращения окисления стали может быть использована нейтральная атмосфера в камере печи.

Время и температура нагревания стали для закалки зависит от вида и сорта стали, от массы и формы изделия. Например, сталь углеродистая постепенно нагревается от 0 до 350 °C, а после достижения этой температуры ее можно быстро подогревать до температуры закалки.

Читать еще:  Сталь 40х гост 4543 71 хаpaктеристики

При нагревании стали происходят структурные изменения, которые, в зависимости от времени выдержки при данной температуре, оказывают большое влияние на механические свойства стали. Применение неправильного способа или метода нагревания стали ведет к окислению или обезуглероживанию поверхности, что вызывает изменение свойств стали. Избежать таких нежелательных явлений можно при использовании для нагревания электрических печей.

Для пpeдoxpaнения изделий при нагревании от окисления и обезуглероживания в рабочем прострaнcтве печи создают защитную нейтральную газовую среду Если невозможно создать защитную газовую среду изделия для нагрева упаковывают в ящики с отработанным карбюризатором, пережженным асбестом, неокисленной чугунной стружкой или наносят на изделие обмазку.

В зависимости от требований, предъявляемых к изделиям, применяют следующие способы закалки: в одной и двух жидкостях или жидких средах – вода, масло; ступенчатую – охлаждение в расплавленной соли и на воздухе; изотермическую – охлаждение в расплавленной соли с температурой около 300 °C до полного превращения аустенита, а затем в воде или на воздухе.

Для получения твердого поверхностного слоя, мягкой и пластичной сердцевины применяют закалку с самоотпуском (для закалки инструмента).

Для уменьшения внутренних термических напряжений и деформации при закалке применяется закалка с подстуживанием.

К охлаждающим жидкостям относятся масла (специальное масло для закалки, машинное или веретенное масло), вода, а также различного рода растворы (мыла, кислоты или поваренной соли в воде и др.). Растительное масло для закалки не используют.

Способ охлаждения и вид охлаждающей жидкости при закалке стали зависит от сорта и марки стали, от требуемой степени закалки, а также от конфигурации и величины закаливаемой детали.

Дата добавления: 2015-11-12 ; просмотров: 1850 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Бесконтактное измерение температуры металлов

Почти на всех промышленных этапах производства поддержание заданной температуры является фактором, обеспечивающим технологический процесс и качество продукции. Бесконтактные инфpaкрасные термометры получили при этом широкую известность в качестве измерительной техники, поскольку они не оказывают влияния на объект измерения. Это касается и процесса измерения металлов.

Правильный контроль и управление температурой технологического процесса требуют качественного консультирования со стороны изготовителя или базовых знаний по измерительной технике у клиента. В данной статье приводится основная информация по важным параметрам, например, коэффициенту излучения и отражения, а также вытекающим из них ошибкам измерения. Дополнительно показывается, какое влияние они оказывают на измерение металлов, и почему здесь возможно использование надёжного и воспроизводимого бесконтактного способа измерения.

Инфpaкрасный спектр излучения

Если объект имеет температуру выше абсолютного нуля 0 K (–273,15 °C), то он испускает пропорциональное своей собственной температуре электромагнитное излучение. Инфpaкрасная спектральная область занимает при этом во всём электромагнитном спектре излучения только очень ограниченный участок. Он располагается от конца видимой спектральной области около 0,78 мкм до значений длины волны 1 000 мкм. Спектр представляющего интерес для измерения температуры инфpaкрасного излучения достигает диапазона от 0,8 до 14 мкм. Выше данных значений длины волны количества энергии незначительны до такой степени, что чувствительность детекторов недостаточна для их измерения.

Испускаемое объектом инфpaкрасное излучение проходит сквозь атмосферу и может с помощью линзы фокусироваться на детектор. Детектор генерирует электрический сигнал, соответствующий излучению. Преобразование сигнала в пропорциональную температуре объекта выходную величину осуществляется посредством усиления сигнала и последующей цифровой обработки. Измеряемая величина может отображаться на дисплее или выдаваться в качестве электрического сигнала.

Стандартные выходы для передачи измеряемых величин в системы регулирования доступны в форме линейных сигналов 0/4–20 мА, 0–10 В и в качестве сигналов термопар. Помимо этого, большинство используемых сегодня инфpaкрасных термометров имеют цифровые интерфейсы (USB, RS232, RS485, реле, PROFIBUS DP, шина данных CAN, Ethernet) для вывода данных, а также для прямого доступа к параметрам устройств.

Хаpaктеристика инфpaкрасного излучения металлических поверхностей подробнее описывается в следующих разделах. Сначала даётся краткая информация о детекторе и преобразовании сигнала в температуру объекта.

Расчёт температуры с помощью инфpaкрасного излучения

Будучи приёмником излучения, детектор является самым важным элементом каждого инфpaкрасного термометра. Вследствие поступающего электромагнитного излучения возникает электрический сигнал, который можно точно проанализировать. Сигнал детектора U и температура объекта T_{Объекта} имеют следующую взаимосвязь:

Сигнал детектора, полученный из испускаемого излучения объекта в общем спектре излучения, увеличивается пропорционально четвёртой степени абсолютной температуры объекта. Это означает следующее: если температура объекта измерения увеличивается в два раза, сигнал детектора повышается на коэффициент 16.

Поскольку необходимо учитывать вместе со степенью излучения ε объекта и отраженное излучение окружающей среды на поверхность объекта T_{Окр. ср.} и собственное излучение инфpaкрасного термометра T_Пиром. (C — специфичная для устройства постоянная), формула меняется следующим образом:

К тому же, инфpaкрасные термометры работают не в общем спектре излучения. Показатель степени n зависит от длины волны. Показатель n для длин волн от 1 до 14 мкм находится в диапазоне 17…2, у коротковолновых измерительных приборов для определения температуры металла (от 1,0 до 2,3 мкм) — между 15…17:

Температура объекта рассчитывается посредством перестановки последней формулы. Результаты расчётов для всех встречающихся значений температуры в виде семейства кривых сохраняются в памяти ЭСППЗУ инфpaкрасного термометра:

Инфpaкрасные термометры получают достаточно сигнала для измерения температуры. Исходя из уравнений видно, что наряду с областью длины волны (спектр излучения) важное значение имеет и отражённое излучение окружающей среды и коэффициент излучения, когда требуется точно определить температуру. Значение данного параметра выводится и объясняется в дальнейшем.

Модель АЧТ — важная опopная хаpaктеристика

Уже в 1900 году Планк, Стефан, Больцман, Вин и Кирхгоф дали точное определение электромагнитному спектру и установили количественные и качественные взаимосвязи для описания инфpaкрасной энергии. Модель АЧТ образует базу для понимания физических основ бесконтактной технологии измерения температуры и калибровки инфpaкрасных термометров.

С одной стороны, модель АЧТ представляет собой тело, которое поглощает всё падающее на него излучение; на нем не появляется ни отражение (ρ = 0), ни передача (τ = 0). Его коэффициент поглощения α составляет единицу. С другой стороны, модель АЧТ в зависимости от своей собственной температуры для каждой длины волны испускает максимально возможное количество энергии. Его коэффициент излучения ε также составляет единицу.

Конструкция модели АЧТ очень проста. Нагреваемое закрытое полое тело, которое на одном конце имеет небольшое отверстие. Если это тело довести до любой, но постоянной температуры, то эта полость будет находиться в температурном равновесии, и из отверстия будет выходить идеализированное излучение общего электромагнитного спектра.

Закон излучения Планка показывает основную взаимосвязь для бесконтактного измерения температуры. Он описывает специфичное спектральное излучение M λs модели АЧТ в полупрострaнcтве в зависимости от своей температуры T и рассматриваемой длины волны λ (c: скорость света, h: квант действия по Планку):

На прилагаемой диаграмме для примеров температуры показано в каждом случае в логарифмическом виде спектральное излучение M λs модели АЧТ выше длины волны λ.

Можно вывести несколько взаимосвязей. Краткая хаpaктеристика двух из них даётся далее. За счёт интеграции спектральной интенсивности излучения по всем длинам волн от нуля до бесконечности получают величину для всего испускаемого телом излучения. Эту взаимосвязь обозначают как Закон Стефана-Больцмана. Пpaктическое значение бесконтактного измерения температуры уже пояснялось в разделе по расчёту температуры.

Второй видимой из графического изображения взаимосвязью является то, что длина волны, при которой возникает максимальная интенсивность излучения, при увеличении температуры смещается в область коротковолнового диапазона. Эта хаpaктеристика лежит в основе Закона смещения Вина и выводится путем дифференцирования из уравнения Планка.

Следовательно, высокая интенсивность излучения является основанием, но не самым важным, для того, почему металлы, имеющие высокую температуру, измеряются при коротких длинах волн. В длинноволновом диапазоне тоже имеется весьма высокая интенсивность. Наибольшее влияние оказывают коэффициент излучения и отражения, а также вытекающие из них ошибки измерения, поскольку в случае с металлом речь идёт о селективном излучателе.

Металлические поверхности в качестве селективного излучателя

В реальности едва ли тело соответствует идеалу АЧТ. На пpaктике же поверхности излучателя используются для калибровки датчиков, которые в требуемом диапазоне длин волн достигают коэффициенты излучения до 0,99. С помощью коэффициента излучения ε (эпсилон), который показывает соотношение реальной величины излучения объекта и чёрного излучателя при одинаковой температуре, можно прекрасно измерять температуру объекта посредством измерения излучения. Коэффициент излучения при этом всегда находится между нулём и единицей; недостающая доля излучения компенсируется посредством указания коэффициента излучения.

Многие измеряемые поверхности имеют постоянный коэффициент излучения высших длин волн, но испускают по сравнению с АЧТ меньше излучения. Они называются серыми излучателями. Большое количество неметаллических материалов обладают как минимум в длинноволновой спектральной области, независимо от свойств их поверхности, высоким и относительно постоянным коэффициентом излучения.

Объекты, чьи коэффициенты излучения среди прочего зависят от коэффициента излучения и длины волны, например, металлические поверхности, называются селективными излучателями. Имеются несколько важных причин, по которым измерение металлов должно всегда выполняться в коротковолновом диапазоне. Во-первых, металлические поверхности при высоких температурах и коротких длинах измеряемых волн (2,3 мкм 1,6 мкм; 1,0 мкм, 0,525 мкм) имеют не только максимальную интенсивность излучения, но и максимальный коэффициент излучения. Во-вторых, здесь они уравниваются с коэффициентом излучения оксидов металлов, так что погрешности температуры, вызванные изменяемым коэффициентом излучения (побежалостью), уменьшаются.

Другим важным моментом, влияющим на выбор инфpaкрасного термометра, выполняющего измерения в диапазоне коротких волн, является то обстоятельство, что металл по сравнению с другими материалами может обладать неизвестными коэффициентами излучения. Пирометры, выполняющие измерения в диапазоне коротких волн, существенно уменьшают погрешности измерения при неправильно настроенном коэффициенте излучения.

Инфpaкрасный термометр optris для измерения металлов

Фирма Optris GmbH предлагает широкий выбор пирометров измерения температуры металлов и тепловизоров для разнообразных областей применения в металлообpaбатывающей промышленности.

Высокотемпературные измерения металлов

Следующие инфpaкрасные термометры отлично подходят для измерения очень высоких температур металлов, оксидов металлов и керамики:

Низкотемпературные измерения металлов

Измерительные приборы широко используются в металлообpaбатывающей промышленности и для измерений в низком диапазоне температур. Для данного случая применения фирма Optris предлагает следующие инфpaкрасные термометры:

Измерение температуры жидких металлов

Благодаря очень короткой длине волны измерения, следующие инфpaкрасные термометры наилучшим образом подходят для измерения температуры жидких металлов:

Тепловизоры для измерения температуры металлов

Тепловизоры серии optris PI могут применяться также для измерений температуры металла в следующем диапазоне:

• Инфpaкрасная камера optris PI 160: –20…1 500 °C*
• Инфpaкрасная камера optris PI 200/230 комбинирует реальное изображение и тепловую диаграмму: –20…1 500 °C*
• Инфpaкрасная камера optris PI 400/PI 450 для измерения минимальной разности температур : –20…1 500 °C*
• Инфpaкрасная камера optris PI 640 с очень высоким разрешением : –20…900 °C

White Paper Measurement of Metal (796.1 KB)