¿Alguna vez se ha maravillado con los fascinantes colores del acero caliente? Los vibrantes rojos, naranjas y amarillos cuentan una fascinante historia sobre la temperatura. En este artículo, exploraremos la ciencia que se esconde tras los cambios de color del acero durante el calentamiento, basándonos en los conocimientos de metalúrgicos experimentados. Descubra cómo la comprensión de estas relaciones color-temperatura puede ayudarle a dominar los procesos de tratamiento térmico y a producir componentes de acero de alta calidad. Prepárese para ver el acero bajo una luz totalmente nueva.
La temperatura de color del acero está estrechamente relacionada con el proceso de calentamiento. A temperatura ambiente, el acero no emite luz. Sin embargo, cuando se calienta a cierta temperatura, empieza a brillar, emitiendo inicialmente una luz roja. A medida que aumenta la temperatura, el color del acero cambia gradualmente de rojo a naranja y luego a amarillo.
Este proceso concuerda con el concepto de radiación del cuerpo negro, en el que la temperatura del color se define en función de la radiación del cuerpo negro, siendo la temperatura del color naranja-amarillo más baja y la del azul más alta.
Concretamente para el acero, cuando su temperatura de color alcanza los 3200K, el color de la luz es relativamente cercano al rojo, que es el color del hierro cuando se calienta a más de mil grados.
Si el calentamiento continúa, el resplandor será más brillante y el color se acercará más al blanco.
Esto indica que, controlando el proceso de calentamiento, se puede conseguir un cambio de color de rojo a casi blanco.
No es un método exacto y puede variar en función del tipo de acero utilizado. Estos colores sólo son aplicables a determinados tipos de acero (probablemente acero al carbono). El color de la llama puede ser diferente para diferentes tipos de metales a la misma temperatura.
En 1893, Wien estudió la relación entre la longitud de onda máxima λmax y la temperatura T, que es λmaxT=2898μm-K.
Por lo tanto, la temperatura se puede juzgar basándose en el color de la llama (es decir, la longitud de onda de la luz).
La observación empírica muestra que el rojo oscuro indica 600°C, el rojo indica 900°C, el amarillo anaranjado indica 1100°C, el amarillo indica 1300°C, el amarillo claro indica 1400°C, el blanco amarillento indica 1500°C y el blanco brillante (con un toque de amarillo) indica 1600°C.
Existe un tipo de papel sensible a la temperatura desarrollado por Nichiyu Giken Kogyo Co., Ltd. que puede colocarse sobre el metal calentado para mostrar sus cambios de temperatura a través de diferentes colores.
Observando los cambios de color del papel en las diferentes partes del metal, se pueden determinar sus respectivas temperaturas y registrarlas en consecuencia para hacer una carta de colores para su uso posterior.
La relación entre la Color del acero Calefacción y temperatura
| Color fuego | Temperatura ℃ |
| Marrón oscuro | 520--580 |
| Rojo oscuro | 580--650 |
| Cereza oscuro | 650--750 |
| Flor de cerezo | 750--780 |
| Flor de cerezo clara | 780--800 |
| Rojo claro | 800--830 |
| Amarillo anaranjado con un toque de rojo | 830--850 |
| Luz marchita | 880--1050 |
| Amarillo | 1050--1150 |
| Amarillo claro | 1150--1250 |
| Amarillo-blanco | 1250--1300 |
| Blanco brillante | 1300--1350 |
Relación entre el color de revenido y la temperatura del acero al carbono.
| Color templado | Temperatura ℃ |
| Amarillo claro | 200 |
| Amarillo-blanco | 220 |
| Amarillo dorado | 240 |
| Amarillo púrpura | 260 |
| Morado oscuro | 280 |
| Azul | 300 |
| Azul oscuro | 320 |
| Gris azulado | 340 |
| Azul grisáceo blanco claro | 370 |
| Negro-rojo | 400 |
| Negro | 460 |
| Negro oscuro | 500 |
Esto parece requerir mucha experiencia, ya que las temperaturas pueden ser diferentes durante el día y la noche. El termómetro no siempre es fácil de usar y puede no ser muy preciso.
También puede haber diferencias entre la temperatura de la llama y la temperatura del objeto que se mide.
El color del acero incandescente es un indicador fiable de su temperatura, muy utilizado en metalurgia para garantizar los procesos correctos de tratamiento térmico. En este capítulo se describen los rangos de temperatura específicos asociados a los distintos tonos de rojo, con ejemplos prácticos y aplicaciones que le ayudarán a comprender su significado.
En esta fase inicial de calentamiento, el acero emite un resplandor negro rojizo. Esta gama de temperaturas es adecuada para el calentamiento preliminar y el ablandamiento del acero, preparándolo para su posterior procesamiento. Aunque todavía no es ideal para la forja extensiva, puede utilizarse para tareas básicas de conformado. Por ejemplo, el calor rojo negro suele utilizarse para ablandar el acero antes de cortarlo o para aliviar las tensiones internas del material.
A medida que aumenta la temperatura, el acero alcanza un brillo rojo muy oscuro. Esta gama suele utilizarse para los procesos iniciales de forja, en los que el acero empieza a ser más maleable. Es adecuada para el conformado en bruto y las operaciones preliminares de forja. Por ejemplo, los herreros pueden utilizar esta temperatura para empezar a formar el contorno básico de una herramienta o una cuchilla.
Cuando el acero alcanza un brillo rojo oscuro, se vuelve ideal para una forja más extensa. Este rango de temperatura permite una deformación significativa sin comprometer la integridad del acero. Se suele utilizar para tareas generales de herrería, como doblado y conformado. En esta fase, el acero puede moldearse para darle formas más complejas, como ganchos, soportes o intrincados elementos decorativos.
Un brillo rojo cereza indica que el acero está a una temperatura óptima para procesos como el estirado y el recalcado. Esta gama proporciona el equilibrio térmico adecuado para conseguir las formas y tamaños deseados, manteniendo al mismo tiempo las propiedades estructurales del acero. También es una temperatura crítica para determinados procesos de tratamiento térmico, ya que garantiza que el acero alcance unas características mecánicas específicas. Por ejemplo, el calor rojo cereza es esencial para conseguir la dureza y tenacidad adecuadas en las herramientas de corte.
Con un ligero brillo rojo cereza, el acero es adecuado para la forja detallada y el doblado preciso. Esta gama de temperaturas es especialmente útil para tareas que requieren una gran maleabilidad y un control preciso de la forma del material. También se aproxima al rango de temperatura necesario para las operaciones de soldadura. Por ejemplo, el calor rojo cereza claro se utiliza a menudo en las etapas finales de la forja para refinar la forma y las dimensiones de una pieza.
Más allá de la gama del rojo, el acero sigue cambiando de color a temperaturas más elevadas:
Estas indicaciones de color adicionales se utilizan para procesos que requieren temperaturas aún más elevadas, como determinados tipos de soldadura y técnicas avanzadas de forja.
Comprender estos rangos de temperatura y sus colores correspondientes es crucial para que los metalúrgicos garanticen el calentamiento y tratamiento adecuados del acero. Este conocimiento permite un control preciso de las propiedades del material, lo que se traduce en resultados fiables y de alta calidad en diversas aplicaciones metalúrgicas.
Existen varios métodos para medir con precisión la temperatura de color del acero:
1. Medidor de temperatura de color:
Un medidor de temperatura de color es una herramienta utilizada específicamente para medir la temperatura de color de una fuente de luz. Su uso es similar al de un medidor de luz, principalmente colocando la sonda de medición sobre el objeto a medir. Este método es adecuado para medir directamente la intensidad de la luz de todas las longitudes de onda emitida por la fuente luminosa, obteniendo así el valor de la temperatura del color.
2. Análisis espectral:
El análisis espectral mide la temperatura del color midiendo directamente la intensidad de todas las longitudes de onda de la luz emitida por la fuente luminosa. Este método puede proporcionar información espectral más detallada, ayudando a evaluar con precisión la temperatura de color del acero.
3. Colorímetro:
Un colorímetro es otra herramienta utilizada específicamente para medir la temperatura de color de una fuente de luz, incluyendo los de tipo filtro y los de tipo cristal. El colorímetro de tipo filtro mide la temperatura del color filtrando una luz de longitud de onda específica, mientras que el colorímetro de tipo cristal determina la temperatura del color midiendo la respuesta del cristal a una luz de longitud de onda diferente.
La medición precisa de la temperatura de color del acero puede lograrse utilizando un medidor de temperatura de color, un análisis espectral o un colorímetro. La elección del método depende de los requisitos específicos de medición y de los recursos disponibles. Por ejemplo, si necesita obtener resultados rápidamente y el requisito de precisión no es muy alto, puede elegir un medidor de temperatura del color; si se necesita información espectral más detallada para un análisis en profundidad, el análisis espectral puede ser más adecuado; y si tiene requisitos muy altos para la precisión de los resultados de la medición, considere el uso de un colorímetro para una medición precisa.
Los cambios detallados en las propiedades luminiscentes del acero a distintas temperaturas pueden entenderse desde varios aspectos. En primer lugar, cuando el metal alcanza cierta temperatura, el movimiento de sus partículas internas se vuelve violento, lo que puede hacer que los fotones alcancen la frecuencia mínima de la luz visible, produciendo así luminiscencia roja. Esto indica que, a temperaturas más bajas, el acero puede no brillar o la intensidad de la luz puede ser débil, ya que el cambio en los niveles de energía de los electrones no es suficiente para producir luz visible.
A medida que aumenta la temperatura, la intensidad de luminiscencia del fósforo disminuirá debido al fenómeno de apagado térmico. Este fenómeno se debe principalmente a que el aumento de la temperatura hace que se intensifique la vibración de la red matricial, lo que aumenta la interacción electroacústica y la probabilidad de transición no radiativa, reduciendo así la intensidad luminosa. Aunque aquí se mencionan los fósforos, este principio también se aplica a los materiales metálicos, como el acero, y puede observarse una disminución de la intensidad de la luminiscencia a altas temperaturas.
Además, desde la perspectiva de los estudios de luminiscencia, los cambios de temperatura tienen un impacto significativo en la eficiencia de la refrigeración, y este impacto tiene una relación cúbica con la temperatura. Esto significa que a medida que disminuye la temperatura, la diferencia entre la frecuencia óptima de la luz de excitación y la frecuencia central de la forma no uniforme de la línea aumentará, alcanzando un máximo a temperaturas más bajas. Esto indica que, en condiciones de baja temperatura, las propiedades luminiscentes del acero pueden variar debido a la excitación a frecuencias específicas, especialmente a bajas temperaturas, donde puede ser más fácil observar la luminiscencia a longitudes de onda específicas.
Las propiedades luminiscentes del acero cambiarán a diferentes temperaturas de la siguiente manera: a temperaturas más bajas, debido al insuficiente cambio en los niveles de energía de los electrones para producir luz visible, el acero puede no brillar o la intensidad de la luz puede ser débil; a medida que aumenta la temperatura, debido a la intensificación de las vibraciones de la red y al aumento de la interacción electroacústica, la intensidad de la luminiscencia del acero puede disminuir; y en condiciones de baja temperatura, la excitación a frecuencias específicas puede hacer que el acero presente diferentes propiedades luminiscentes, especialmente a bajas temperaturas, donde puede ser más fácil observar la luminiscencia a longitudes de onda específicas.
La relación entre la temperatura de color y la teoría de la radiación del cuerpo negro durante el proceso de calentamiento del acero puede explicarse desde los siguientes aspectos:
Definición de temperatura de color: La temperatura de color es una escala que mide el color de una fuente de luz, y su unidad es el Kelvin. Se determina comparando el color de la fuente de luz con un cuerpo negro teórico de radiación térmica. La temperatura Kelvin a la que el cuerpo negro de radiación térmica coincide con el color de la fuente de luz es la temperatura de color de dicha fuente.
Teoría de la radiación del cuerpo negro: Un cuerpo negro es un objeto idealizado que puede absorber toda la energía de radiación que incide sobre él sin pérdida y puede irradiar energía en forma de ondas electromagnéticas. La ley de Planck describe la distribución teórica de las longitudes de onda en la radiación del cuerpo negro, es decir, al cambiar la temperatura, también cambiará el color de la luz.
La temperatura del color cambia durante el proceso de calentamiento del acero: Durante el proceso de calentamiento del hierro, el hierro negro se vuelve gradualmente rojo. Esto se debe a que, a medida que aumenta la temperatura, el cuerpo negro puede emitir todas las ondas de luz visible del espectro, lo que provoca el cambio de color. Este proceso es un ejemplo de la teoría del cuerpo negro, que ilustra la relación entre la temperatura del color y los cambios de temperatura durante el proceso de calentamiento de un objeto.
En aplicaciones prácticas, la selección de materiales de acero adecuados en función de la temperatura de color requiere la consideración de múltiples factores. Por ejemplo, en el diseño de farolas, la elección de materiales de acero con una temperatura de color adecuada puede mejorar la eficacia de la iluminación de las carreteras, haciéndolas más seguras y fáciles de transitar. Si el acero utilizado en las farolas tiene una temperatura de color alta (tonos fríos), puede proporcionar un campo de visión más claro, pero al mismo tiempo podría reducir la calidez del ambiente nocturno. Por el contrario, el acero con una temperatura de color baja (tonos cálidos) podría aumentar la calidez del entorno, pero podría afectar a la visibilidad.
Además, la elección de la temperatura de termoformado es crucial para garantizar la calidad de las piezas conformadas. Los distintos materiales de acero tienen curvas de temperatura-propiedades mecánicas diferentes, lo que significa que el estado físico del acero cambia durante el proceso de calentamiento, afectando a su forma y calidad finales. Por lo tanto, al elegir los materiales de acero, también es necesario tener en cuenta los requisitos del tratamiento térmico durante su procesamiento para garantizar que el material pueda satisfacer las demandas específicas de la aplicación sin sacrificar el rendimiento.
A la hora de seleccionar los materiales de acero adecuados en función de la temperatura de color, es importante tener en cuenta los efectos visuales del material, sus propiedades físicas y químicas y los requisitos del tratamiento térmico durante su procesamiento. Evaluando detenidamente estos factores, se puede elegir el material de acero que mejor se adapte a los requisitos específicos de la aplicación.
El impacto de la temperatura del color del acero en el rendimiento del producto se refleja principalmente en los siguientes aspectos:
1. Proceso de tratamiento térmico del acero para moldes:
El color del acero para moldes no cambia a bajas temperaturas, pero cuando se calienta a unos 600℃ y más, aparece un ligero color rojo oscuro. A medida que aumenta la temperatura, el color del acero para moldes cambia gradualmente. Esto demuestra que el cambio de temperatura de color del acero está relacionado con el cambio de rendimiento durante el proceso de tratamiento térmico, y el cambio de color refleja indirectamente los cambios en la estructura interna y el rendimiento del material.
2. Cambios en la resistencia y plasticidad del acero:
Un aumento de la temperatura provoca una reducción de la resistencia del acero y un aumento de la deformación. Especialmente cerca de 250℃, la resistencia a la tracción del acero aumenta, pero la plasticidad y la tenacidad disminuyen, al tiempo que se produce un fenómeno de fragilidad azul, es decir, la película de óxido se vuelve azul. Este fenómeno demuestra que el cambio de temperatura de color del acero a una temperatura específica (como el cambio de color de la película de óxido) está estrechamente relacionado con sus cambios de rendimiento mecánico, especialmente los cambios en la resistencia a la tracción, la plasticidad y la tenacidad.
A continuación encontrará respuestas a algunas preguntas frecuentes:
El acero empieza a brillar en rojo aproximadamente a los 525 °C (977 °F). Esta temperatura marca el inicio del calor rojo visible, que puede variar ligeramente en función de las condiciones de iluminación y de la composición específica del acero. A medida que aumenta la temperatura, el resplandor rojo se hace más pronunciado, pasando de un rojo apagado a un rojo cereza más brillante hasta unos 704°C (1.299°F).
El color del acero incandescente cambia con la temperatura debido a la incandescencia y a la formación de capas de óxido. Cuando el acero se calienta, sus átomos se energizan y emiten fotones, haciendo que el metal brille. El color específico del resplandor está directamente relacionado con la temperatura del acero.
A temperaturas más bajas, en torno a los 525°C (977°F), el acero empieza a mostrar un tenue resplandor rojo. A medida que la temperatura aumenta hasta entre 700°C y 870°C (1.300°F y 1.598°F), el brillo pasa de rojo oscuro a rojo cereza. En torno a los 981°C (1.798°F), el color pasa a ser rojo cereza claro.
A medida que aumenta la temperatura, el color cambia a naranja. El naranja intenso se observa aproximadamente a 1.100°C (2.010°F), y el naranja claro aparece hasta los 1.200°C (2.190°F). Cuando la temperatura alcanza entre 1.093°C y 1.258°C (1.999°F y 2.296°F), el acero se vuelve amarillo. A unos 1.314°C (2.397°F), cambia a amarillo-blanco, y a temperaturas superiores a 1.315°C (2.397°F), se vuelve blanco. Por encima de los 1.400°C (2.550°F), el acero puede brillar de blanco brillante a blanco deslumbrante.
A temperaturas por debajo del rango de incandescencia, los cambios de color se deben a la formación de capas de óxido en la superficie del acero. Este proceso de oxidación da lugar a diferentes colores en función del grosor de la capa de óxido. Por ejemplo, durante el revenido, el recalentamiento del acero a temperaturas más bajas puede producir colores como azules y amarillos, que indican el grado de dureza alcanzado.
En resumen, el color del acero incandescente cambia con la temperatura debido a la incandescencia a temperaturas más altas y a la formación de una capa de óxido a temperaturas más bajas. Estos cambios de color son útiles para determinar la temperatura y el estado estructural del acero durante procesos como el tratamiento térmico y el revenido.
Conocer la temperatura a la que el acero brilla en rojo es crucial por varias razones, especialmente en herrería, tratamiento térmico y metalurgia.
El color del acero incandescente sirve como indicador visual de su temperatura. El rojo es uno de los primeros colores visibles que aparecen cuando se calienta el metal, y corresponde a rangos de temperatura específicos. Por ejemplo, el acero empieza a brillar en rojo a temperaturas que oscilan entre unos 426 °C (799 °F) y 593 °C (1.100 °F), dependiendo del tono del rojo.
En herrería y forja, comprender estos rangos de temperatura es esencial para conseguir las propiedades deseadas del metal. Los distintos tonos de rojo indican las temperaturas óptimas para diversos procesos. Por ejemplo, el "rojo cereza" (aproximadamente de 1.498 °F a 1.598 °F o de 815 °C a 870 °C) se utiliza a menudo para forjar y dar forma al acero, mientras que los tonos más oscuros de rojo se asocian a temperaturas más bajas utilizadas en diferentes etapas del tratamiento térmico y el revenido.
La temperatura a la que el acero se pone rojo también está relacionada con sus propiedades estructurales y mecánicas. El control preciso de la temperatura durante los procesos de tratamiento térmico, como el revenido, es necesario para conseguir la dureza, tenacidad y otras características deseadas del acero. Por ejemplo, templar el acero a temperaturas específicas puede aliviar tensiones internas y modificar sus propiedades químicas.
El control preciso de la temperatura es importante para la seguridad y la eficacia. Reconocer los indicadores de color ayuda a los herreros y trabajadores del metal a asegurarse de que el metal se calienta a la temperatura óptima, evitando el sobrecalentamiento o el subcalentamiento. Esto aumenta la eficacia del proceso y reduce el riesgo de resultados no deseados, como fragilidad, reblandecimiento o daños en el metal.
Históricamente, antes de que se generalizara el uso de termómetros, el color del metal incandescente era el principal método para determinar la temperatura. Esta práctica, arraigada en la tradición de la herrería, permitía a los artesanos calentar metales a temperaturas precisas sin necesidad de herramientas de medición modernas.
En resumen, conocer la temperatura a la que el acero brilla en rojo es vital para un tratamiento térmico y una forja precisos, garantizar las propiedades deseadas del material y mantener la seguridad y la eficacia en el trabajo del metal.
Conocer la temperatura de incandescencia roja del acero y sus cambios de color asociados es crucial en la metalurgia debido a varias aplicaciones prácticas. En el tratamiento térmico, reconocer la relación color-temperatura permite a los metalúrgicos controlar con precisión procesos como el temple, el revenido y el recocido sin depender de termómetros. Los colores específicos corresponden a determinados rangos de temperatura, que son esenciales para conseguir las propiedades deseadas en el acero. Por ejemplo, durante el revenido, colores como la paja, el amarillo y el azul indican las temperaturas óptimas para aumentar la ductilidad y la tenacidad al tiempo que se reduce la fragilidad.
En herrería, poder medir la temperatura por el color del acero es vital para forjar y dar forma con eficacia. El calor rojo (alrededor de 500-800°C o 932-1472°F) se utiliza normalmente para forjar, mientras que se necesitan temperaturas más altas para un moldeado más intenso. Los cambios de color también indican cuándo el acero está listo para el temple, crucial para el endurecimiento.
En la fabricación de herramientas, entender la relación color-temperatura es clave para producir herramientas con las propiedades correctas. Las distintas herramientas requieren temperaturas de revenido específicas, indicadas por colores como el amarillo claro para cuchillos y navajas (alrededor de 210°C o 410°F) y el marrón rojizo para machos de roscar y matrices (alrededor de 260°C o 500°F). Este conocimiento ayuda a mantener el rendimiento y la longevidad de las herramientas.
En entornos industriales, la observación de los cambios de color ayuda en la localización de averías y el control de calidad. La decoloración puede indicar sobrecalentamiento o calentamiento desigual, lo que puede provocar debilidades estructurales. Controlar estos cambios ayuda a identificar y resolver los problemas antes de que se agraven. El color de la capa de óxido también puede revelar tensiones internas o un tratamiento térmico inadecuado, lo que permite tomar medidas correctivas.
En general, conocer la temperatura de resplandor rojo del acero y los cambios de color relacionados es esencial para un tratamiento térmico preciso, una herrería eficaz, la fabricación de herramientas y garantizar la calidad y el rendimiento de los productos metálicos.
El color con el que brilla el acero, incluido el rojo, viene determinado principalmente por su temperatura y no por el tipo específico de acero. Este fenómeno se basa en la radiación del cuerpo negro, donde el color cambia previsiblemente con el aumento de la temperatura. El acero, independientemente de su tipo -ya sea acero dulce, acero al carbono o acero aleado-, brillará en rojo cuando alcance una temperatura de unos 460 °C (900 °F). A medida que aumenta la temperatura, el color pasa por tonos anaranjados, amarillos y, finalmente, blancos.
La coherencia de la relación temperatura-color entre los distintos tipos de acero significa que las composiciones específicas no afectan significativamente al color de brillo a una temperatura determinada. Por ejemplo, el color "rojo cereza", que se produce a temperaturas entre 1500°F y 1800°F, es una referencia común para diversos aceros al carbono.
Sin embargo, hay algunas excepciones relacionadas con propiedades específicas del acero. Por ejemplo, el acero al carbono con alto contenido en azufre puede presentar un fenómeno conocido como rojo-caliente o rojo-caliente, en el que el acero se vuelve quebradizo a temperaturas al rojo vivo debido a la formación de sulfuro de hierro. Esta fragilidad no altera la temperatura a la que el acero se pone al rojo vivo, pero afecta a sus propiedades mecánicas a esa temperatura.
En resumen, todos los tipos de acero brillarán en rojo en el mismo intervalo de temperatura, dictado por los principios de radiación del cuerpo negro, independientemente de sus composiciones específicas.
Como fundador de MachineMFG, he dedicado más de una década de mi carrera a la industria metalúrgica. Mi amplia experiencia me ha permitido convertirme en un experto en los campos de la fabricación de chapa metálica, mecanizado, ingeniería mecánica y máquinas herramienta para metales. Estoy constantemente pensando, leyendo y escribiendo sobre estos temas, esforzándome constantemente por mantenerme a la vanguardia de mi campo. Deje que mis conocimientos y experiencia sean un activo para su empresa.
ES 
EN 
AR 
DE 
FR 
ID 
IT 
JA 
NL 
PT 
PT_BR 
RU 
KO 
TR