Cum se întărește oțelul - un experiment vizual

Oțelul familiar pentru toată lumea este un aliaj de fier și carbon. Fierul pur este maleabil și moale, domeniul său de aplicare este limitat. O varietate de produse din oțel și produse din oțel schimbă semnificativ duritatea și ductilitatea în timpul diferitelor tratamente termice:

• Întărirea oțelului constă în încălzirea la temperaturi ridicate și răcire rapidă în ulei sau apă. Aceasta are ca rezultat un oțel puternic, dar fragil.
• Temperarea din oțel este procesul opus, caracterizat prin răcire lentă după încălzire.

Întărirea și temperarea corespunzătoare a produsului din oțel vă permite să obțineți un „teren de mijloc” sau un material cu rezistență și duritate crescută. Tratamentul termic permite oțelului să se îndoaie înainte de rupere și nu se rupe într-o manieră fragilă, ceea ce poate fi util în multe produse.
Oțelul are componente de aliere, o compoziție diferită duce la faptul că aliajele pot necesita timpi și temperaturi diferite. La fel ca și diverse metode (viteza) de răcire.

Materiale și echipamente

Pentru a realiza experimente de întărire a oțelului, avem nevoie de:

• arzător de gaz sau bujie;
• două tije din oțel de calitate 1040 (omologul rus: Art. 40 sau Art. 49G);
• rezervor de apă pentru întărire.

Securitate:
La efectuarea lucrărilor la cald, trebuie luate măsuri suplimentare pentru a asigura siguranța adecvată. Încălzirea oțelului cu un aparat de aer cu foc deschis va necesita echipament personal de protecție (mănuși și ochelari). În plus, va fi necesar un stingător de foc, o găleată de apă și un coșmar (foi de azbest).

Stingerea oțelului

Încă o dată verificăm disponibilitatea și serviceabilitatea echipamentelor de luptă împotriva incendiilor și de protecție personală. Noțiuni introductive:
Indoaie tijele noastre sub forma literei „U”.
Porniți gazul și aprindeți arzătorul. Asigurați-vă că torța este îndreptată spre tine. Asigurați-vă că nimeni altcineva nu se află la 1 metru de lanternă în timp ce arde. Aveți un stingător în apropiere în caz de urgență.
Punem partea curbă a tijei „U” în cea mai tare parte a flăcării, ținând cele două capete ale tijei de oțel.
Cea mai tare parte a flăcării este un mic con de aproximativ jumătate din lungimea lanternei. Asigurați-vă că rotiți tija în timp ce este încălzită de flacără, aceasta asigură o încălzire uniformă. În punctul de încălzire cât mai mare, începe reamenajarea atomilor de fier, carbon și componente de aliere.
Când tija, la locul de încălzire, devine o culoare portocalie strălucitoare, îndepărtați tija de la flacără și scufundați-o rapid în apa din interiorul containerului, așa cum se arată în fotografie (numită "stingere"). Înmuierea reduce mișcarea atomilor și poate fi ilustrată ca o „înghețare” a atomilor de oțel într-un loc nou. În acest moment, atomii sunt într-o poziție instabilă.
Repetați pașii 3 și 4 cu o a doua bară de oțel.
Luați a doua tija de oțel și întăriți-l prin încălzirea cu o torță timp de 10 secunde. Nu temperați prima bară de oțel! După ce l-am plasat într-un recipient cu apă, realizăm întărirea secundară sau temperarea termică a oțelului. Acest lucru permite ca atomii de metal să se „relaxeze” și să se stabilească într-o poziție mai stabilă.
Îndreptăm ambele tije pentru a ilustra diferența de proprietăți mecanice. Prima tijă (o tijă care nu a fost întărită secundar) va fi foarte fragilă și se va rupe, deoarece atomii nu sunt într-o poziție stabilă.
A doua tijă, care a fost reîncălzită și întărită (eliberată) a doua oară, se va îndoi, dar forma „U” va rămâne. Deoarece această tijă a fost întărită și temperată, atomii li s-a permis „relaxarea” într-o poziție stabilă, materialul a devenit mai puternic și mai dur, fără a pierde rezistența la deformare.

Constatări

Acest exemplu de călire și temperare simplă a oțelului cu carbon scăzut din aliaj a arătat posibilitățile de tratare termică și efectul său asupra proprietăților fizice ale metalului.
Articol original în engleză