Jak hartować stal - eksperyment wizualny

Stal znana wszystkim to stop żelaza i węgla. Czyste żelazo jest ciągliwe i miękkie, jego zakres jest ograniczony. Różnorodne wyroby stalowe i wyroby stalowe znacznie zmieniają twardość i ciągliwość podczas różnych obróbek cieplnych:

• Hartowanie stali polega na ogrzewaniu do wysokich temperatur i szybkim chłodzeniu w oleju lub wodzie. To daje mocną, ale kruchą stal.
• Hartowanie stali jest procesem odwrotnym, charakteryzującym się powolnym chłodzeniem po podgrzaniu.

Właściwe hartowanie i odpuszczanie produktu stalowego pozwala uzyskać „środkową warstwę” lub materiał o podwyższonej wytrzymałości i twardości. Obróbka cieplna pozwala stalowi zginać się przed pękaniem i nie pękać w sposób kruchy, co może być przydatne w wielu produktach.
Stal ma składniki stopowe; inny skład prowadzi do tego, że stopy mogą wymagać różnych czasów nagrzewania i temperatur. Jak również różne metody (prędkość) chłodzenia.

Materiały i sprzęt

Aby przeprowadzić eksperymenty dotyczące hartowania stali, potrzebujemy:

• palnik gazowy lub lampa lutownicza;
• dwa pręty wykonane ze stali 1040 (odpowiednik rosyjski: art. 40 lub art. 49G);
• zbiornik na wodę do hartowania.

Bezpieczeństwo:
Podczas prowadzenia prac na gorąco należy podjąć dodatkowe kroki w celu zapewnienia odpowiedniego bezpieczeństwa. Ogrzewanie stali za pomocą palnika z otwartym ogniem będzie wymagało osobistego wyposażenia ochronnego (rękawiczek i okularów). Ponadto wymagana będzie gaśnica, wiadro wody i koszmar (arkusz azbestu).

Hartowanie stali

Po raz kolejny sprawdzamy dostępność i przydatność sprzętu przeciwpożarowego i ochrony osobistej. Pierwsze kroki:
Zegnij nasze pręty w kształcie litery „U”.
Włącz gaz i zapal palnik gazowy. Upewnij się, że pochodnia jest skierowana w Twoją stronę. Upewnij się, że nikt inny nie znajduje się w odległości 1 metra od pochodni podczas jej spalania. W razie wypadku należy mieć w pobliżu gaśnicę.
Umieszczamy zakrzywioną część pręta „U” w najgorętszej części płomienia, trzymając dwa końce stalowego pręta.
Najgorętszą częścią płomienia jest mały stożek około połowy długości pochodni. Upewnij się, że obracasz pręt podczas podgrzewania go przez płomień, co zapewnia równomierne ogrzewanie. W punkcie największego nagrzewania rozpoczyna się restrukturyzacja atomów żelaza, węgla i składników stopowych.
Gdy pręt w miejscu ogrzewania stanie się jasnopomarańczowy, usuń pręt z płomienia i szybko zanurz go w wodzie w pojemniku, jak pokazano na zdjęciu (zwanym „wygaszeniem”). Hartowanie ogranicza ruch atomów i może być zilustrowane jako „zamrożenie” atomów stali w nowym miejscu. W tej chwili atomy znajdują się w niestabilnej pozycji.
Powtórz kroki 3 i 4 z drugim prętem stalowym.
Weź drugi stalowy pręt i stwardnij go ogrzewając pochodnią przez 10 sekund. Nie odpuszczaj pierwszego pręta stalowego! Po umieszczeniu go w pojemniku z wodą wykonujemy wtórne hartowanie lub odpuszczanie cieplne stali. Dzięki temu atomy metali „rozluźniają się” i osiadają w bardziej stabilnej pozycji.
Prostujemy oba pręty, aby zilustrować różnicę we właściwościach mechanicznych. Pierwszy pręt (pręt, który nie został ponownie utwardzony) będzie bardzo kruchy i pęknie, ponieważ atomy nie są w stabilnej pozycji.
Drugi pręt, który został ponownie ogrzany i utwardzony (zwolniony) po raz drugi, ugnie się, ale kształt „U” pozostanie. Ponieważ pręt ten został zahartowany i odpuszczony, atomy pozostawiono do „rozluźnienia” do stabilnej pozycji, materiał stał się mocniejszy i twardszy bez utraty odporności na odkształcenie.

Wnioski

Ten przykład najprostszego hartowania i odpuszczania niskostopowej stali węglowej pokazał możliwości obróbki cieplnej i jej wpływ na właściwości fizyczne metalu.
Oryginalny artykuł w języku angielskim