
هل تعجبت من قبل من الألوان الساحرة للفولاذ المسخّن؟ تحكي الألوان الحمراء والبرتقالية والصفراء النابضة بالحياة قصة رائعة عن درجة الحرارة. في هذه المقالة، سنستكشف العلم وراء تغيرات لون الفولاذ أثناء التسخين، مستفيدين من خبرة علماء المعادن ذوي الخبرة. اكتشف كيف يمكن أن يساعدك فهم هذه العلاقات بين اللون ودرجة الحرارة في إتقان عمليات المعالجة الحرارية وإنتاج مكونات فولاذية عالية الجودة. استعد لرؤية الفولاذ في ضوء جديد تمامًا!
ترتبط درجة حرارة لون الفولاذ ارتباطًا وثيقًا بعملية التسخين. في درجة حرارة الغرفة، لا ينبعث من الفولاذ ضوء. ومع ذلك، عند تسخينه إلى درجة حرارة معينة، يبدأ في التوهج، وينبعث منه في البداية ضوء أحمر. ومع ارتفاع درجة الحرارة أكثر، يتغير لون الفولاذ تدريجيًا من الأحمر إلى البرتقالي، ثم إلى الأصفر.
تتماشى هذه العملية مع مفهوم إشعاع الجسم الأسود، حيث يتم تحديد درجة حرارة اللون بناءً على إشعاع الجسم الأسود، حيث يكون اللون البرتقالي والأصفر بدرجة حرارة لون أقل والأزرق بدرجة حرارة لون أعلى.
بالنسبة إلى الفولاذ تحديدًا، عندما تصل درجة حرارة لونه إلى 3200 كلفن، يكون لون الضوء قريبًا نسبيًا من اللون الأحمر، وهو لون الحديد عند تسخينه إلى أكثر من ألف درجة.
إذا استمر التسخين، سيصبح التوهج أكثر سطوعًا وسيقترب اللون من الأبيض.
يشير هذا إلى أنه من خلال التحكم في عملية التسخين، يمكن تحقيق تغيير اللون من الأحمر إلى الأبيض القريب من الأبيض.
هذه ليست طريقة دقيقة وقد تختلف حسب نوع الفولاذ المستخدم. لا تنطبق هذه الألوان إلا على أنواع معينة من الفولاذ (ربما الفولاذ الكربوني). يمكن أن يكون لون اللهب مختلفًا باختلاف أنواع المعادن عند درجة الحرارة نفسها.
في عام 1893، درس فيين العلاقة بين الطول الموجي الأقصى λmax ودرجة الحرارة T، وهي λالحد الأقصىر=2898 2898μm-K.
لذلك، يمكن الحكم على درجة الحرارة بناءً على لون اللهب (أي الطول الموجي للضوء).
تُظهر الملاحظة التجريبية أن اللون الأحمر الداكن يشير إلى 600 درجة مئوية، والأحمر يشير إلى 900 درجة مئوية، والبرتقالي الأصفر يشير إلى 1100 درجة مئوية، والأصفر يشير إلى 1300 درجة مئوية، والأصفر الفاتح يشير إلى 1400 درجة مئوية، والأصفر الأبيض يشير إلى 1500 درجة مئوية، والأبيض الفاتح (مع لمحة من اللون الأصفر) يشير إلى 1600 درجة مئوية.
هناك نوع من الورق الحساس للحرارة طورته شركة Nichiyu Giken Kogyo المحدودة يمكن وضعه على المعدن المسخن لإظهار تغيرات درجة حرارته من خلال ألوان مختلفة.
من خلال ملاحظة التغيرات اللونية للورقة على أجزاء مختلفة من المعدن، يمكن للمرء تحديد درجات الحرارة الخاصة بكل منها وتسجيلها وفقًا لذلك لعمل مخطط لوني لاستخدامه مرة أخرى.
العلاقة بين لون الفولاذ التدفئة ودرجة الحرارة
لون النار | درجة الحرارة ℃ |
بني داكن | 520--580 |
أحمر داكن | 580--650 |
الكرز الداكن | 650--750 |
زهر الكرز | 750--780 |
زهرة الكرز الخفيفة | 780--800 |
أحمر فاتح | 800--830 |
برتقالي-أصفر مع لمسة من اللون الأحمر | 830--850 |
ذبل الضوء | 880--1050 |
أصفر | 1050--1150 |
أصفر فاتح | 1150--1250 |
أصفر-أبيض | 1250--1300 |
أبيض ناصع | 1300--1350 |
العلاقة بين لون التقسية ودرجة حرارة الفولاذ الكربوني.
خفف اللون | درجة الحرارة ℃ |
أصفر فاتح | 200 |
أصفر-أبيض | 220 |
أصفر ذهبي | 240 |
أصفر-أرجواني-أرجواني | 260 |
أرجواني داكن | 280 |
أزرق | 300 |
أزرق داكن | 320 |
أزرق-رمادي | 340 |
أزرق-رمادي-رمادي فاتح أبيض | 370 |
أسود-أحمر | 400 |
أسود | 460 |
أسود غامق | 500 |
يبدو أن هذا يتطلب الكثير من الخبرة، حيث يمكن أن تختلف درجات الحرارة خلال النهار والليل. ليس من السهل دائماً استخدام مقياس الحرارة وقد لا يكون دقيقاً جداً.
يمكن أن يكون هناك أيضًا اختلافات بين درجة حرارة اللهب ودرجة حرارة الجسم الذي يتم قياسه.
يُعد لون الفولاذ المتوهج مؤشرًا موثوقًا لدرجة حرارته، ويُستخدم على نطاق واسع في تشغيل المعادن لضمان عمليات المعالجة الحرارية الصحيحة. يوضح هذا الفصل نطاقات درجات الحرارة المحددة المرتبطة بدرجات الحرارة المختلفة للون الأحمر، مع تقديم أمثلة وتطبيقات عملية لمساعدتك على فهم أهميتها.
في مرحلة التسخين الأولية هذه، ينبعث من الفولاذ توهج أحمر أسود. يعد نطاق درجة الحرارة هذا مناسبًا للتسخين الأولي وتليين الفولاذ، وإعداده لمزيد من المعالجة. وعلى الرغم من أنها ليست مثالية بعد للتشكيل على نطاق واسع، إلا أنه يمكن استخدامها في مهام التشكيل الأساسية. على سبيل المثال، غالبًا ما تستخدم الحرارة الحمراء السوداء لتليين الفولاذ قبل القطع أو لتخفيف الضغوط الداخلية في المادة.
ومع زيادة درجة الحرارة، يصل الفولاذ إلى توهج أحمر داكن للغاية. وغالباً ما يستخدم هذا النطاق في عمليات التشكيل الأولية حيث يبدأ الفولاذ في أن يصبح أكثر مرونة. وهو مناسب لعمليات التشكيل الخام وعمليات التشكيل الأولية. على سبيل المثال، قد يستخدم الحدّادون درجة الحرارة هذه لبدء تشكيل الخطوط العريضة الأساسية للأداة أو الشفرة.
عندما يصل الفولاذ إلى توهج أحمر داكن، يصبح مثاليًا للتشكيل على نطاق أوسع. يسمح نطاق درجة الحرارة هذا بحدوث تشوه كبير دون المساس بسلامة الفولاذ. ويُستخدم عادةً في مهام الحدادة العامة مثل الثني والتشكيل. في هذه المرحلة، يمكن تشكيل الفولاذ في أشكال أكثر تعقيداً، مثل الخطافات أو الأقواس أو العناصر الزخرفية المعقدة.
يشير توهج اللون الأحمر الكرزي إلى أن الفولاذ في درجة حرارة مثالية لعمليات مثل السحب لأسفل والاضطراب. يوفر هذا النطاق التوازن المناسب للحرارة لتحقيق الأشكال والأحجام المطلوبة مع الحفاظ على الخصائص الهيكلية للصلب. وهي أيضًا درجة حرارة حرجة لبعض عمليات المعالجة الحرارية، مما يضمن حصول الفولاذ على خصائص ميكانيكية محددة. على سبيل المثال، الحرارة الحمراء الكرزية ضرورية لتحقيق الصلابة والمتانة الصحيحة في أدوات القطع.
عند التوهج الأحمر الكرزي الخفيف، يكون الفولاذ مناسباً للتشكيل التفصيلي والثني الدقيق. يعد نطاق درجة الحرارة هذا مفيدًا بشكل خاص للمهام التي تتطلب قابلية عالية للطرق والتحكم الدقيق في شكل المادة. كما أنه يقترب من نطاق درجة الحرارة اللازمة لعمليات اللحام. على سبيل المثال، غالبًا ما تُستخدم حرارة الكرز الأحمر الفاتح في المراحل النهائية من التشكيل لصقل شكل القطعة وأبعادها.
خارج النطاق الأحمر، يستمر الفولاذ في تغيير لونه عند درجات حرارة أعلى:
تُستخدم هذه المؤشرات اللونية الإضافية في العمليات التي تتطلب درجات حرارة أعلى، مثل أنواع معينة من اللحام وتقنيات التشكيل المتقدمة.
ويُعد فهم نطاقات درجات الحرارة هذه والألوان المقابلة لها أمرًا بالغ الأهمية لعمال المعادن لضمان التسخين والمعالجة المناسبة للصلب. وتسمح هذه المعرفة بالتحكم الدقيق في خصائص المادة، مما يؤدي إلى نتائج عالية الجودة وموثوقة في مختلف تطبيقات تشغيل المعادن.
هناك عدة طرق لقياس درجة حرارة لون الفولاذ بدقة:
1. مقياس درجة حرارة اللون:
مقياس درجة حرارة اللون هو أداة تستخدم خصيصًا لقياس درجة حرارة اللون لمصدر الضوء. واستخدامه مشابه لمقياس الضوء، وذلك بوضع مسبار القياس على الجسم المراد قياسه. هذه الطريقة مناسبة للقياس المباشر لشدة جميع الأطوال الموجية للضوء المنبعث من مصدر الضوء، وبالتالي الحصول على قيمة درجة حرارة اللون.
2. التحليل الطيفي:
يقيس التحليل الطيفي درجة حرارة اللون عن طريق القياس المباشر لشدة جميع الأطوال الموجية للضوء المنبعث من مصدر الضوء. يمكن أن توفر هذه الطريقة معلومات طيفية أكثر تفصيلاً، مما يساعد على تقييم درجة حرارة اللون بدقة.
3. مقياس ألوان:
مقياس الألوان هو أداة أخرى تُستخدم خصيصًا لقياس درجة حرارة اللون لمصدر الضوء، بما في ذلك النوع المرشح والنوع البلوري. يقيس مقياس الألوان من النوع المرشح درجة حرارة اللون عن طريق ترشيح ضوء بطول موجي محدد، بينما يحدد مقياس الألوان من النوع البلوري درجة حرارة اللون عن طريق قياس استجابة البلورة لضوء بطول موجي مختلف.
يمكن تحقيق القياس الدقيق لدرجة حرارة اللون للصلب باستخدام مقياس درجة حرارة اللون أو التحليل الطيفي أو مقياس الألوان. يعتمد اختيار الطريقة على متطلبات القياس المحددة والموارد المتاحة. على سبيل المثال، إذا كنت بحاجة إلى الحصول على النتائج بسرعة ولم تكن متطلبات الدقة عالية جدًا، فيمكنك اختيار مقياس درجة حرارة اللون؛ وإذا كانت هناك حاجة إلى معلومات طيفية أكثر تفصيلاً للتحليل المتعمق، فقد يكون التحليل الطيفي أكثر ملاءمة؛ وإذا كانت لديك متطلبات عالية جدًا لدقة نتائج القياس، ففكر في استخدام مقياس الألوان للقياس الدقيق.
يمكن فهم التغيرات التفصيلية في خواص الإنارة للصلب عند درجات حرارة مختلفة من عدة جوانب. أولاً، عندما يصل المعدن إلى درجة حرارة معينة، تصبح حركة جسيماته الداخلية عنيفة، مما قد يتسبب في وصول الفوتونات إلى الحد الأدنى من تردد الضوء المرئي، وبالتالي إنتاج تلألؤ أحمر. وهذا يشير إلى أنه في درجات الحرارة المنخفضة، قد لا يتوهج الفولاذ أو قد تكون شدة الضوء ضعيفة، لأن التغير في مستويات طاقة الإلكترونات لا يكفي لإنتاج الضوء المرئي.
مع ارتفاع درجة الحرارة، تنخفض شدة التلألؤ في الفوسفور بسبب ظاهرة التبريد الحراري. وتُعزى هذه الظاهرة بشكل أساسي إلى أن ارتفاع درجة الحرارة يؤدي إلى تكثيف اهتزاز الشبكة المصفوفة مما يعزز التفاعل الكهروصوتي واحتمالية الانتقال غير الإشعاعي، وبالتالي تقليل شدة الضوء. وعلى الرغم من ذكر الفوسفور هنا، إلا أن هذا المبدأ ينطبق أيضًا على المواد المعدنية مثل الفولاذ، ويمكن ملاحظة انخفاض شدة التلألؤ عند درجات الحرارة العالية.
بالإضافة إلى ذلك، من من منظور دراسات التلألؤ، فإن التغيرات في درجة الحرارة لها تأثير كبير على كفاءة التبريد، وهذا التأثير له علاقة تكعيبية مع درجة الحرارة. وهذا يعني أنه كلما انخفضت درجة الحرارة، يزداد الفرق بين التردد الأمثل لضوء الإثارة والتردد المركزي لشكل الخط غير المنتظم، ليصل إلى الحد الأقصى عند درجات الحرارة المنخفضة. يشير هذا إلى أنه في ظل ظروف درجات الحرارة المنخفضة، قد تختلف خصائص الإنارة في الفولاذ بسبب الإثارة عند ترددات محددة، خاصةً في درجات الحرارة المنخفضة، حيث قد يكون من الأسهل ملاحظة التلألؤ عند أطوال موجية محددة.
تتغير خصائص الإنارة للصلب عند درجات الحرارة المختلفة على النحو التالي: في درجات الحرارة المنخفضة، بسبب التغير غير الكافي في مستويات طاقة الإلكترونات لإنتاج ضوء مرئي، قد لا يتوهج الفولاذ أو قد تكون شدة الضوء ضعيفة؛ ومع ارتفاع درجة الحرارة، بسبب تكثيف الاهتزازات الشبكية وزيادة التفاعل الكهروصوتي، قد تنخفض شدة التلألؤ في الفولاذ؛ وفي ظروف درجات الحرارة المنخفضة، قد تتسبب الإثارة عند ترددات محددة في إظهار الفولاذ خواص تلألؤ مختلفة، خاصةً في درجات الحرارة المنخفضة، حيث قد يكون من الأسهل ملاحظة التلألؤ عند أطوال موجية محددة.
يمكن تفسير العلاقة بين درجة حرارة اللون ونظرية إشعاع الجسم الأسود أثناء عملية تسخين الفولاذ من الجوانب التالية:
تعريف درجة حرارة اللون: درجة حرارة اللون هو مقياس يقيس لون مصدر الضوء، ووحدته هي كلفن. ويتم تحديدها من خلال مقارنة لون مصدر الضوء بجسم أسود مشع حرارياً نظرياً. ودرجة حرارة كلفن التي يتطابق عندها الجسم الأسود المشع حرارياً مع لون مصدر الضوء هي درجة حرارة اللون لهذا المصدر.
نظرية إشعاع الجسم الأسود: الجسم الأسود هو جسم مثالي يمكنه امتصاص كل الطاقة الإشعاعية الساقطة عليه دون فقدان، ويمكنه أن يشع الطاقة على شكل موجات كهرومغناطيسية. ويصف قانون بلانك التوزيع النظري للأطوال الموجية في إشعاع الجسم الأسود، أي أنه كلما تغيرت درجة الحرارة، يتغير لون الضوء أيضًا.
تتغير درجة حرارة اللون أثناء عملية تسخين الحديد: أثناء عملية تسخين الحديد، يتحول الحديد الأسود تدريجيًا إلى اللون الأحمر. وذلك لأنه مع ارتفاع درجة الحرارة، يمكن للجسم الأسود أن يبعث جميع موجات الضوء المرئي في الطيف، مما يؤدي إلى تغير اللون. هذه العملية هي مثال على نظرية الجسم الأسود، وتوضح العلاقة بين درجة حرارة اللون وتغيرات درجة الحرارة أثناء عملية تسخين جسم ما.
في التطبيقات العملية، يتطلب اختيار المواد الفولاذية المناسبة بناءً على درجة حرارة اللون مراعاة عوامل متعددة. على سبيل المثال، في تصميم مصابيح الشوارع، يمكن أن يؤدي اختيار المواد الفولاذية ذات درجة حرارة اللون المناسبة إلى تعزيز فعالية إضاءة الطرق، مما يجعل الطرق أكثر أمانًا وأسهل للتنقل. إذا كان الفولاذ المستخدم في إنارة الشوارع بدرجة حرارة لونية عالية (درجات لونية باردة)، فقد يوفر مجال رؤية أوضح، ولكن في الوقت نفسه، يمكن أن يقلل من دفء البيئة الليلية. وعلى العكس من ذلك، قد يزيد الفولاذ ذو درجة حرارة اللون المنخفضة (درجات الألوان الدافئة) من دفء البيئة، ولكنه قد يؤثر على الرؤية.
وعلاوة على ذلك، يعد اختيار درجة حرارة التشكيل الحراري أمرًا بالغ الأهمية لضمان جودة الأجزاء المشكلة. تتميز مواد الفولاذ المختلفة بمنحنيات مختلفة لخصائص درجة الحرارة الميكانيكية مما يعني أن الحالة الفيزيائية للفولاذ تتغير أثناء عملية التسخين، مما يؤثر على شكله النهائي وجودته. ولذلك، عند اختيار مواد الفولاذ، من الضروري أيضًا مراعاة متطلبات المعالجة الحرارية أثناء معالجتها لضمان قدرة المادة على تلبية متطلبات التطبيق المحددة دون التضحية بالأداء.
عند اختيار مواد الفولاذ المناسبة بناءً على درجة حرارة اللون، من المهم مراعاة التأثيرات البصرية للمادة وخصائصها الفيزيائية والكيميائية ومتطلبات المعالجة الحرارية أثناء معالجتها. من خلال تقييم هذه العوامل بعناية، يمكن للمرء اختيار مادة الصلب التي تناسب متطلبات التطبيق المحددة.
ينعكس تأثير درجة حرارة لون الفولاذ على أداء المنتج بشكل أساسي في الجوانب التالية:
1. عملية المعالجة الحرارية لصلب القالب:
لا يتغير لون فولاذ القالب عند درجات الحرارة المنخفضة، ولكن عند تسخينه إلى حوالي 600 درجة مئوية وما فوق، يظهر لون أحمر داكن خفيف. ومع ارتفاع درجة الحرارة، يتغير لون فولاذ القالب تدريجيًا. هذا يدل على أن تغير درجة حرارة لون الفولاذ يرتبط بتغير الأداء أثناء عملية المعالجة الحرارية، ويعكس تغير اللون بشكل غير مباشر التغيرات في البنية الداخلية وأداء المادة.
2. التغيرات في قوة وليونة الفولاذ:
تؤدي الزيادة في درجة الحرارة إلى انخفاض قوة الفولاذ وزيادة التشوه. تزداد قوة الشد للفولاذ خاصةً بالقرب من 250 درجة مئوية، ولكن تنخفض اللدونة والصلابة، بينما تحدث ظاهرة الهشاشة الزرقاء، أي أن طبقة الأكسيد تتحول إلى اللون الأزرق. تُظهر هذه الظاهرة أن تغير درجة حرارة لون الفولاذ عند درجة حرارة معينة (مثل تغير لون غشاء الأكسيد) يرتبط ارتباطًا وثيقًا بتغيرات أدائه الميكانيكي، وخاصة التغيرات في قوة الشد واللدونة والصلابة.
فيما يلي إجابات على بعض الأسئلة المتداولة:
يبدأ الفولاذ أولاً في التوهج باللون الأحمر عند درجة حرارة 525 درجة مئوية (977 درجة فهرنهايت) تقريباً. تشير درجة الحرارة هذه إلى بداية الحرارة الحمراء المرئية، والتي يمكن أن تختلف قليلاً اعتماداً على ظروف الإضاءة وتكوين الفولاذ المحدد. ومع زيادة درجة الحرارة، يصبح التوهج الأحمر أكثر وضوحًا، حيث ينتقل من اللون الأحمر الباهت إلى الأحمر الكرزي الأكثر إشراقًا حتى حوالي 704 درجة مئوية (1,299 درجة فهرنهايت).
يتغير لون الصلب المتوهج مع درجة الحرارة بسبب التوهج وتكوين طبقات الأكسيد. عندما يتم تسخين الفولاذ، تصبح ذراته نشطة وتنبعث منها فوتونات، مما يؤدي إلى توهج المعدن. ويرتبط اللون المحدد للتوهج مباشرة بدرجة حرارة الفولاذ.
في درجات الحرارة المنخفضة، حوالي 525 درجة مئوية (977 درجة فهرنهايت)، يبدأ الفولاذ في إظهار توهج أحمر خافت. مع ارتفاع درجة الحرارة إلى ما بين 700 درجة مئوية و870 درجة مئوية (1,300 درجة فهرنهايت إلى 1,598 درجة فهرنهايت)، يتطور التوهج من الأحمر الداكن إلى الأحمر الكرزي. عند حوالي 981 درجة مئوية (1,798 درجة فهرنهايت)، يصبح اللون أحمر كرزي فاتح.
ومع استمرار ارتفاع درجة الحرارة، يتغير اللون إلى اللون البرتقالي. يُلاحظ اللون البرتقالي الغامق عند 1,100 درجة مئوية (2,010 درجة فهرنهايت)، ويظهر اللون البرتقالي الصافي حتى 1,200 درجة مئوية (2,190 درجة فهرنهايت). عندما تصل درجة الحرارة إلى ما بين 1,093 درجة مئوية و1,258 درجة مئوية (1,999 درجة فهرنهايت إلى 2,296 درجة فهرنهايت)، يتوهج الفولاذ باللون الأصفر. وعند حوالي 1,314 درجة مئوية (2,397 درجة فهرنهايت)، يتحول إلى اللون الأصفر المائل إلى الأبيض، وعند درجات حرارة أعلى من 1,315 درجة مئوية (2,397 درجة فهرنهايت)، يصبح أبيض اللون. وعند درجات حرارة أعلى من 1,400 درجة مئوية (2,550 درجة فهرنهايت)، يمكن أن يتوهج الفولاذ باللون الأبيض الناصع إلى الأبيض المبهر.
عند درجات حرارة أقل من نطاق التوهج، ترجع تغيرات اللون إلى تكوين طبقات أكسيد على سطح الفولاذ. ينتج عن عملية الأكسدة هذه ألوان مختلفة اعتمادًا على سُمك طبقة الأكسيد. على سبيل المثال، أثناء عملية التقسية، يمكن أن ينتج عن إعادة تسخين الفولاذ إلى درجات حرارة منخفضة ألوان مثل الأزرق والأصفر، والتي تشير إلى درجة الصلابة التي تم تحقيقها.
وباختصار، يتغير لون الفولاذ المتوهج مع درجة الحرارة بسبب التوهج في درجات الحرارة الأعلى وتكوين طبقة الأكسيد في درجات الحرارة المنخفضة. وتفيد هذه التغييرات اللونية في تحديد درجة الحرارة والحالة الهيكلية للفولاذ أثناء عمليات مثل المعالجة الحرارية والتلطيف.
تُعد معرفة درجة الحرارة التي يتوهج عندها الفولاذ باللون الأحمر أمرًا بالغ الأهمية لعدة أسباب، خاصةً في الحدادة والمعالجة الحرارية وتشغيل المعادن.
يعمل لون الفولاذ المتوهج كمؤشر مرئي لدرجة حرارته. اللون الأحمر هو أحد الألوان المرئية الأولى التي تظهر عند تسخين المعدن، وهو ما يتوافق مع نطاقات درجات حرارة محددة. على سبيل المثال، يبدأ الفولاذ في التوهج باللون الأحمر عند درجات حرارة تتراوح بين 799 درجة فهرنهايت (426 درجة مئوية) إلى 1100 درجة فهرنهايت (593 درجة مئوية)، اعتمادًا على درجة اللون الأحمر.
في الحدادة والتشكيل، يعد فهم نطاقات درجات الحرارة هذه أمرًا ضروريًا لتحقيق الخصائص المرغوبة للمعدن. تشير درجات اللون الأحمر المختلفة إلى درجات الحرارة المثلى لمختلف العمليات. على سبيل المثال، غالبًا ما يُستخدم "الأحمر الكرزي" (حوالي 1,498 درجة فهرنهايت إلى 1,598 درجة فهرنهايت أو 815 درجة مئوية إلى 870 درجة مئوية) في تشكيل وتشكيل الفولاذ، بينما ترتبط درجات اللون الأحمر الداكنة بدرجات الحرارة المنخفضة المستخدمة في مراحل مختلفة من المعالجة الحرارية والتلطيف.
ترتبط أيضًا درجة الحرارة التي يتوهج عندها الفولاذ باللون الأحمر بخصائصه الهيكلية والميكانيكية. يعد التحكم الدقيق في درجة الحرارة أثناء عمليات المعالجة الحرارية، مثل التقسية، ضروريًا لتحقيق الصلابة والصلابة المطلوبة والخصائص الأخرى للفولاذ. على سبيل المثال، يمكن أن يؤدي تقسية الفولاذ في درجات حرارة محددة إلى تخفيف الضغوطات الداخلية وتعديل خصائصه الكيميائية.
التحكم الدقيق في درجة الحرارة مهم للسلامة والكفاءة. يساعد التعرف على مؤشرات الألوان الحدادين وعمال المعادن على ضمان تسخين المعدن إلى درجة الحرارة المثلى، مما يمنع ارتفاع درجة الحرارة أو انخفاضها. وهذا يعزز كفاءة العملية ويقلل من مخاطر النتائج غير المرغوب فيها مثل الهشاشة أو التليين أو تلف المعدن.
تاريخياً، وقبل انتشار استخدام موازين الحرارة على نطاق واسع، كان لون المعدن المتوهج هو الطريقة الأساسية لتحديد درجة الحرارة. وقد سمحت هذه الممارسة، المتجذرة في تقاليد الحدادة، للحرفيين بتسخين المعادن إلى درجات حرارة دقيقة دون الحاجة إلى أدوات قياس حديثة.
وباختصار، فإن معرفة درجة الحرارة التي يتوهج عندها الفولاذ باللون الأحمر أمر حيوي للمعالجة الحرارية الدقيقة والتشكيل، وضمان خصائص المواد المطلوبة، والحفاظ على السلامة والكفاءة في تشغيل المعادن.
تُعد معرفة درجة حرارة التوهج الأحمر للصلب والتغيرات اللونية المرتبطة به أمرًا بالغ الأهمية في تشغيل المعادن نظرًا للعديد من التطبيقات العملية. في المعالجة الحرارية، يتيح التعرف على العلاقة بين اللون ودرجة الحرارة لعمال المعادن التحكم بدقة في عمليات مثل التصلب والتلطيف والتلدين دون الاعتماد على موازين الحرارة. تتوافق ألوان محددة مع نطاقات درجات حرارة معينة، وهي ضرورية لتحقيق الخصائص المطلوبة في الفولاذ. على سبيل المثال، أثناء عملية التقسية، تشير الألوان مثل القش والأصفر والأزرق إلى درجات الحرارة المثلى لتعزيز الليونة والصلابة مع تقليل الهشاشة.
في الحدادة، تُعد القدرة على قياس درجة الحرارة من خلال لون الفولاذ أمرًا حيويًا للتشكيل والتشكيل الفعال. عادةً ما تُستخدم الحرارة الحمراء (حوالي 500-800 درجة مئوية أو 932-1472 درجة فهرنهايت) في التشكيل، في حين أن درجات الحرارة الأعلى مطلوبة للتشكيل الأكثر كثافة. كما تشير تغيرات اللون أيضًا إلى متى يكون الفولاذ جاهزًا للتبريد، وهو أمر ضروري للتصلب.
بالنسبة لصناعة الأدوات، يعد فهم العلاقة بين اللون ودرجة الحرارة أمرًا أساسيًا لإنتاج أدوات ذات الخصائص الصحيحة. تتطلب الأدوات المختلفة درجات حرارة محددة للتقسية، والتي يشار إليها بألوان مثل الأصفر الفاتح للسكاكين وشفرات الحلاقة (حوالي 210 درجة مئوية أو 410 درجة فهرنهايت) والأحمر البني للصنابير والقوالب (حوالي 260 درجة مئوية أو 500 درجة فهرنهايت). تساعد هذه المعرفة في الحفاظ على أداء الأداة وطول عمرها.
في البيئات الصناعية، تساعد مراقبة تغيرات اللون في استكشاف الأخطاء وإصلاحها ومراقبة الجودة. يمكن أن يشير تغير اللون إلى ارتفاع درجة الحرارة أو التسخين غير المتساوي، مما قد يؤدي إلى ضعف هيكلي. تساعد مراقبة هذه التغييرات في تحديد المشكلات ومعالجتها قبل أن تتفاقم. يمكن أن يكشف لون طبقة الأكسيد أيضًا عن الضغوطات الداخلية أو المعالجة الحرارية غير السليمة، مما يسمح باتخاذ تدابير تصحيحية.
وعمومًا، فإن معرفة درجة حرارة التوهج الأحمر للصلب والتغيرات اللونية ذات الصلة أمر ضروري للمعالجة الحرارية الدقيقة، والحدادة الفعالة، وصناعة الأدوات، وضمان جودة المنتجات المعدنية وأدائها.
يتم تحديد اللون الذي يتوهج به الفولاذ، بما في ذلك اللون الأحمر، في المقام الأول حسب درجة حرارته وليس حسب نوع الفولاذ المحدد. تعتمد هذه الظاهرة على إشعاع الجسم الأسود، حيث يتغير اللون بشكل متوقع مع ارتفاع درجة الحرارة. يتوهج الفولاذ، بغض النظر عن نوعه - سواء كان من الفولاذ الطري أو الفولاذ الكربوني أو سبائك الفولاذ - باللون الأحمر عندما تصل درجة حرارته إلى حوالي 460 درجة مئوية (900 درجة فهرنهايت). ومع استمرار ارتفاع درجة الحرارة، يتدرج اللون إلى درجات البرتقالي والأصفر والأبيض في النهاية.
إن اتساق العلاقة بين درجة الحرارة واللون عبر أنواع مختلفة من الفولاذ يعني أن التركيبات المحددة لا تؤثر بشكل كبير على اللون المتوهج عند درجة حرارة معينة. على سبيل المثال، يعتبر اللون "الأحمر الكرزي"، الذي يحدث عند درجات حرارة تتراوح بين 1500 درجة فهرنهايت و1800 درجة فهرنهايت، مرجعًا شائعًا لمختلف أنواع الفولاذ الكربوني.
ومع ذلك، هناك بعض الاستثناءات المتعلقة بخصائص محددة للصلب. فعلى سبيل المثال، يمكن أن يُظهر الفولاذ الكربوني الذي يحتوي على نسبة عالية من الكبريت ظاهرة تُعرف باسم القِصَر الأحمر أو القِصَر الساخن، حيث يصبح الفولاذ هشًا في درجات الحرارة الساخنة بسبب تكوّن كبريتيد الحديد. لا تغير هذه الهشاشة درجة الحرارة التي يتوهج عندها الفولاذ باللون الأحمر ولكنها تؤثر على خواصه الميكانيكية عند درجة الحرارة تلك.
وباختصار، ستتوهج جميع أنواع الفولاذ باللون الأحمر في نفس نطاق درجة الحرارة، التي تمليها مبادئ إشعاع الجسم الأسود، بغض النظر عن تركيباتها المحددة.