Por que o aço fica azul quando aquecido?

Se você é um maquinista como eu, provavelmente está sempre tentando fazer daqueles lindos 6 e 9 anos para batatas fritas quando está cortando aço. Se você é um soldador, esse espectro de cores seguindo seu cordão é uma visão diária. Se você acidentalmente largou sua faca na fogueira, provavelmente está se perguntando se o azul significa que acabou de destruir sua faca.

Por que o aço fica azul quando aquecido? O aço fica azul devido a uma fina camada de óxido que se forma na superfície do metal. O filme fino interfere com ondas leves, o que aumenta alguns comprimentos de onda enquanto reduz os outros. A espessura do filme mudará alguns comprimentos de onda da luz, refletindo a superfície do metal, mudando assim a cor do aço.

Na verdade, o aço pode girar várias cores diferentes, dependendo da espessura da camada de óxido. A cor do aço é uma ótima maneira de descobrir o quão quente o metal está. Neste post, vou esclarecer um pouco sobre como esse efeito de filme fino funciona, como ele é formado e por que isso é tão útil com aço para um olho treinado.

Como a luz e a cor funcionam

Na verdade, a luz é uma coisa bastante complicada e reage com objetos diferentes para produzir cores de maneiras diferentes. É por isso que, neste post, sim a simplificá -lo para como funciona em relação à cor do metal.

Cada cor é apenas leve com um comprimento de onda diferente. Por exemplo, o que vemos como vermelho é simplesmente uma onda de luz com um comprimento de onda de 700 nanômetros, Violet é 400 nanômetros, etc.

A luz regular, como o que recebemos do sol ou uma lâmpada “branca”, é conhecida simplesmente como “luz branca”. A luz branca contém todas as cores (e consequentemente todo comprimento de onda de luz), mas como todos eles são incluídos uniformemente, um não é mais distinguível que outro. É por isso que parece branco para nós.

Então, basicamente, o branco é toda cor embalada em um. Não é marrom como quando você derrete todos os seus giz de cera. Crayola está apenas mexendo com sua cabeça.

Para perceber a cor, precisamos reduzir ou aumentar alguns desses comprimentos de onda.

Interferência de filme fino

Este é o fenômeno que faz com que o metal mude de cor. Quando você tem um filme fino de alguma coisa, a luz pulando o limite superior e inferior desse filme se comportará de maneira diferente.

Parte da luz saltará da camada superior do filme, parte da luz saltará da camada inferior. Isso compensará ligeiramente os comprimentos de onda da luz, dependendo de onde vem essa luz.

Se o filme for um múltiplo estranho de um quarto de comprimento de onda de uma cor em particular, a luz refletida no topo do filme interferirá na luz refletida na parte inferior do filme. O resultado é que ele será reduzido.

Se o filme é um múltiplo de metade do comprimento de onda de uma cor específico, o resultado é uma amplificação.

Aqui está um exemplo de como isso funciona:

Digamos que queremos que algo torne azul. O comprimento de onda do azul é de cerca de 470 nanômetros. Isso significa que, se o filme tiver 235 nanômetros de espessura, ele aumentará esse comprimento de onda e fará com que a superfície pareça mais azul.

Se o filme tiver 3/4 do comprimento de onda do azul, ou cerca de 350 nanômetros de espessura, ele interferirá no comprimento de onda e removerá a cor azul da superfície.

Ok, na verdade é um pouco mais complicado do que isso, e esses números não estão 100% corretos, mas está perto o suficiente para transmitir o ponto principal. A física leve nunca é realmente tão direta.

Como a luz funciona no metal

Se o aço tiver um acabamento “normal” e não oxidado e nenhum tipo de filme fino, está refletindo toda a luz no espectro. Não parece branco simplesmente porque não está refletindo luz suficiente. À medida que você reflete menos luz, quanto mais perto do preto você fica. O preto completo é a completa ausência de luz.

Então, o que faz mudar de cor?

A espessura dessa camada é o que controla quais ondas de luz estão bloqueadas. A espessura da camada de óxido depende da temperatura que o aço atinge enquanto em contato com o oxigênio. Também é afetado ligeiramente pela quantidade de carbono no aço.

Em outras palavras, o calor iniciará uma reação química entre o ferro no aço e o oxigênio no ar. Isso forma uma camada de óxido, que é um filme fino que filtrará alguns comprimentos de onda enquanto melhora outros, dependendo de sua espessura. É assim que a cor muda.

Na verdade, o aço não é o único metal que fica azul, e não é apenas o óxido de ferro que pode fazer esse feito interessante. Outro exemplo de um metal que fica azul (e outras cores) com calor é o titânio. O óxido de titânio pode ter o mesmo resultado, embora seja necessário temperaturas diferentes para alcançá -lo.

Por que a coloração de aço é tão útil

Segundo alguns, a coloração de aço foi a primeira aplicação útil do efeito fino do filme. A razão para isso é que ele nos permite saber o quão quente um pedaço de aço se tornou enquanto exposto ao oxigênio que normalmente está no ar.

Quanto mais quente o aço fica, mais espessa essa camada de óxido se torna. Isso significa que diferentes comprimentos de onda da luz são silenciados ou amplificados, mudando assim a cor do aço.

De fato, essa é uma das maneiras mais comuns pelas quais as pessoas controlam sua temperatura quando estão tratando o aço de tratamento térmico. Quando um pedaço de aço médio ou alto de carbono é aquecido até ficar vermelho/laranja brilhante e depois extinto rapidamente em óleo ou água, ele se tornará extremamente difícil, mas também muito quebradiço.

Ao permitir que o metal “absorva” a uma temperatura mais baixa após o resfriamento, o aço se tornará mais resistente e menos quebradiço. Também se tornará um pouco menos difícil. Podemos usar a cor do aço para determinar quando atingiu a temperatura desejada para esse processo de temperamento.

Os maquinistas também usarão essa indicação de calor de calor para determinar quando as condições de corte são ideais para usinar aço. Os chips azuis significam que o calor está sendo absorvido e removido pelos chips, em vez da peça de trabalho ou ferramenta de corte.

Aqui está uma lista para download das diferentes cores que o aço mudará para dependendo da temperatura:

Agora, diferentes graus de aço terão diferentes espessuras da camada de óxido em diferentes temperaturas. Essa lista é baseada em aços de ferramentas, que têm um teor de carbono médio.

Os aços inoxidáveis ​​exigirão especialmente uma temperatura mais alta, pois são mais resistentes à corrosão e, portanto, tomam mais calor para criar essa camada de óxido de ferro.

Por fim, o efeito fino do filme é extremamente útil para quem está trabalhando com aço. Ele nos permite identificar a temperatura do metal a olho e, assim, controlar as propriedades do metal ou fornecer informações sobre o processo que estamos realizando.