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一、引言
近年来汽车工业飞速发展，世界各国处于环境保护的需要和能源供应日益紧张的形势所迫，纷纷对汽车的尾气排放提出了更加严格的限制法规，同时要求汽车动力性更强、更省油、更加安静，由此，汽油发动机发展的趋势越来越趋向于小型化、高功率、高扭矩的特点，使得汽油发动机的升功率提升到了接近100KW/L。这就使得发动机，尤其是连杆瓦、活塞销的工作条件越来越苛刻。同时，为了追求发动机的低的燃油耗，更低粘度的机油油品被广泛应用，这将导致更小的油膜厚度，边界润滑状态将时常发生在轴瓦、活塞销表面。有时，台架耐久试验后，轴瓦钢背呈现黄色，活塞销表面呈现蓝色、黄色。这明显是高温的迹象。但是多少温度却不得而知。而大多数润滑油的粘度随温度的上升会急剧下降，这对油膜厚度有非常大的影响。传统的测量温度的方法，例如传感器，很难连接到高速运动并不断转动的活塞销上，同时，由于布置问题，也无法用红外传感器测量并非裸露在外的活塞销表面。残余硬度法（硬度塞），不能测量材料表面温度，只能测量距离表面有一定距离的平均温度。在国外网站，钢材热处理过程中，存在回火颜色与温度对应的关系图谱，但是颜色仅仅与温度有关吗？是否还有其他的影响因子？能否给出影响因子与表面颜色的对应关系图谱？本文试图给出这些答案。
二、背景
某一台发动机经过耐久台架试验后，其中一片发动机连杆瓦呈现黄红色，其他轴瓦呈现正常白色。（黑色为油的沉积物）。另一台发动机经过耐久台架试验后，活塞销表面呈现蓝色、黄色、棕色等不同颜色。能否通过这些颜色来判断材料表面的温度？进而给出其经历的大致的平均温度？
三、类似的经验
根据以往经验，淬火钢，当在空气环境下回火时，在表面上显示各种各样的颜色，这个颜色就叫回火色。如图1，即为从国外网站搜索到的，碳钢的回火色与温度的对应关系图。由于轴瓦钢背的材料为20#钢，是一种典型的碳素钢，从图中，我们可以看到，对比的温度大概在260度附近，结合连杆瓦的实际情况，260度明显高于实际情况；另外，活塞销材料为17Cr，非常接近碳素钢，对比颜色接近300度，这也明显高于实际情况。故此，除了温度之外，应该有其他的影响因子，改变了回火色。根据回火色的原理：回火色颜色，是氧化膜的形成引起的； 颜色是氧化膜厚度的一个函数.（来自互联网外网）。故此可以得出：颜色随氧化膜厚度的变化而变化，也因此，颜色是回火温度和保温时间的一个函数。同时，由于是氧化物，故此，必须有氧的存在，否则不会形成回火色。
四、试验计划
第一批试验，目的：验证温度和氧气对颜色的影响。为了排除样品制作过程中的影响，分为手工制样和机械制样。
五、试验设备及样件
应用的加热保温设备为电热鼓风干燥箱，同时利用一个密闭的圆筒，带有盖子，并放入一定的油，拧紧盖子，来保证隔绝空气，造成无氧环境。对于有氧环境，直接放入电热鼓风机干燥箱中即可。图2，图3，为实验前准备的样品状态。
六、试验步骤
1、制作样品。（手工锯，机械切割）
2、在样品上编号。
3、升高炉温到指定温度。
4、按计划，将样品放入油中或空气中，进行保温相应时间。（注明：在第一批试验中，放入空气中的样品直接暴露在空气中；第二批样品中，样品表面涂了一层油膜，然后放入空气中保温。）
5、按计划，取出样品。
6、用水急冷后，擦干，并拍照。
七、试验结果及分析
图4给出了第一批实验结果状态，从中可以看出，空气中颜色变化较为明显，而油中的颜色变化不明显；空气中的颜色，随温度的升高变化规律符合图1趋势，但温度明显低于图1所示温度；22#与23#试样显示，机油蜕变成灰黑色，而26#试样显示黄色，可能与机油蜕变有关；机械切割与手据切割的样件显示类似颜色，证明切割方式不影响颜色结果。
图5给出了第二批实验结果状态，从中可以看出，空气中的颜色变化较明显，油中的颜色变化不明显；空气中的颜色变化随保温时间的延长变化规律符合图1趋势；34#与第一波试验24#对比，发现，颜色变浅，可能是由于34#表面涂上油膜，阻碍空气与金属表面接触，延缓了氧化速度，故此变浅，故此，说明开始表面的油膜有延缓颜色变化的趋势；机油蜕变的灰黑色再次显示，但是仍没有机油蜕变黄色的准确证据。
八、结论
手工制样与机械制样对结果的影响不大。
空气中，轴瓦钢背在保温时间相同时，随温度的升高而颜色逐渐变化，颜色变化符合图1趋势。
空气中，轴瓦钢背在温度相同时，随保温时间的延长而颜色逐步变化，颜色变化符合图1趋势。
无氧条件会导致颜色推迟，甚至不产生颜色变化。说明氧气是关键因子。
机油高温长时间下，会使轴瓦钢背显示灰黑色，显示机油蜕变结果。但是，机油蜕变黄色的证据，目前仍然不足。
此文并未做不同材料及不同热处理方式对回火色的影响。实际问题处理中，可以根据指定的材料，做不同温度下，不同保温时间的试验，以消除材料及热处理方式的影响，给出面谱图，如图6所示，根据颜色以及已知的时间，推测出平均材料表面平均温度。
（作者单位：1.上海交通大学材料学院；2.沃尔沃汽车技术（上海）有限公司）
近年来汽车工业飞速发展，世界各国处于环境保护的需要和能源供应日益紧张的形势所迫，纷纷对汽车的尾气排放提出了更加严格的限制法规，同时要求汽车动力性更强、更省油、更加安静，由此，汽油发动机发展的趋势越来越趋向于小型化、高功率、高扭矩的特点，使得汽油发动机的升功率提升到了接近100KW/L。这就使得发动机，尤其是连杆瓦、活塞销的工作条件越来越苛刻。同时，为了追求发动机的低的燃油耗，更低粘度的机油油品被广泛应用，这将导致更小的油膜厚度，边界润滑状态将时常发生在轴瓦、活塞销表面。有时，台架耐久试验后，轴瓦钢背呈现黄色，活塞销表面呈现蓝色、黄色。这明显是高温的迹象。但是多少温度却不得而知。而大多数润滑油的粘度随温度的上升会急剧下降，这对油膜厚度有非常大的影响。传统的测量温度的方法，例如传感器，很难连接到高速运动并不断转动的活塞销上，同时，由于布置问题，也无法用红外传感器测量并非裸露在外的活塞销表面。残余硬度法（硬度塞），不能测量材料表面温度，只能测量距离表面有一定距离的平均温度。在国外网站，钢材热处理过程中，存在回火颜色与温度对应的关系图谱，但是颜色仅仅与温度有关吗？是否还有其他的影响因子？能否给出影响因子与表面颜色的对应关系图谱？本文试图给出这些答案。
二、背景
某一台发动机经过耐久台架试验后，其中一片发动机连杆瓦呈现黄红色，其他轴瓦呈现正常白色。（黑色为油的沉积物）。另一台发动机经过耐久台架试验后，活塞销表面呈现蓝色、黄色、棕色等不同颜色。能否通过这些颜色来判断材料表面的温度？进而给出其经历的大致的平均温度？
三、类似的经验
根据以往经验，淬火钢，当在空气环境下回火时，在表面上显示各种各样的颜色，这个颜色就叫回火色。如图1，即为从国外网站搜索到的，碳钢的回火色与温度的对应关系图。由于轴瓦钢背的材料为20#钢，是一种典型的碳素钢，从图中，我们可以看到，对比的温度大概在260度附近，结合连杆瓦的实际情况，260度明显高于实际情况；另外，活塞销材料为17Cr，非常接近碳素钢，对比颜色接近300度，这也明显高于实际情况。故此，除了温度之外，应该有其他的影响因子，改变了回火色。根据回火色的原理：回火色颜色，是氧化膜的形成引起的； 颜色是氧化膜厚度的一个函数.（来自互联网外网）。故此可以得出：颜色随氧化膜厚度的变化而变化，也因此，颜色是回火温度和保温时间的一个函数。同时，由于是氧化物，故此，必须有氧的存在，否则不会形成回火色。
四、试验计划
第一批试验，目的：验证温度和氧气对颜色的影响。为了排除样品制作过程中的影响，分为手工制样和机械制样。
五、试验设备及样件
应用的加热保温设备为电热鼓风干燥箱，同时利用一个密闭的圆筒，带有盖子，并放入一定的油，拧紧盖子，来保证隔绝空气，造成无氧环境。对于有氧环境，直接放入电热鼓风机干燥箱中即可。图2，图3，为实验前准备的样品状态。
六、试验步骤
1、制作样品。（手工锯，机械切割）
2、在样品上编号。
3、升高炉温到指定温度。
4、按计划，将样品放入油中或空气中，进行保温相应时间。（注明：在第一批试验中，放入空气中的样品直接暴露在空气中；第二批样品中，样品表面涂了一层油膜，然后放入空气中保温。）
5、按计划，取出样品。
6、用水急冷后，擦干，并拍照。
七、试验结果及分析
图4给出了第一批实验结果状态，从中可以看出，空气中颜色变化较为明显，而油中的颜色变化不明显；空气中的颜色，随温度的升高变化规律符合图1趋势，但温度明显低于图1所示温度；22#与23#试样显示，机油蜕变成灰黑色，而26#试样显示黄色，可能与机油蜕变有关；机械切割与手据切割的样件显示类似颜色，证明切割方式不影响颜色结果。
图5给出了第二批实验结果状态，从中可以看出，空气中的颜色变化较明显，油中的颜色变化不明显；空气中的颜色变化随保温时间的延长变化规律符合图1趋势；34#与第一波试验24#对比，发现，颜色变浅，可能是由于34#表面涂上油膜，阻碍空气与金属表面接触，延缓了氧化速度，故此变浅，故此，说明开始表面的油膜有延缓颜色变化的趋势；机油蜕变的灰黑色再次显示，但是仍没有机油蜕变黄色的准确证据。
八、结论
手工制样与机械制样对结果的影响不大。
空气中，轴瓦钢背在保温时间相同时，随温度的升高而颜色逐渐变化，颜色变化符合图1趋势。
空气中，轴瓦钢背在温度相同时，随保温时间的延长而颜色逐步变化，颜色变化符合图1趋势。
无氧条件会导致颜色推迟，甚至不产生颜色变化。说明氧气是关键因子。
机油高温长时间下，会使轴瓦钢背显示灰黑色，显示机油蜕变结果。但是，机油蜕变黄色的证据，目前仍然不足。
此文并未做不同材料及不同热处理方式对回火色的影响。实际问题处理中，可以根据指定的材料，做不同温度下，不同保温时间的试验，以消除材料及热处理方式的影响，给出面谱图，如图6所示，根据颜色以及已知的时间，推测出平均材料表面平均温度。
（作者单位：1.上海交通大学材料学院；2.沃尔沃汽车技术（上海）有限公司）