كيفية تصلب الفولاذ - تجربة بصرية

الفولاذ المألوف عبارة عن سبيكة من الحديد والكربون. الحديد النقي مرن وناعم، ونطاق تطبيقه محدود. تعمل مجموعة متنوعة من منتجات الصلب والصلب المدرفلة على تغيير صلابتها وليونتها بشكل كبير من خلال معالجات حرارية مختلفة:

• يتكون الفولاذ المتصلب من التسخين إلى درجات حرارة عالية والتبريد السريع بالزيت أو الماء. وهذا ينتج فولاذًا قويًا ولكن هشًا.
  
• عملية تقسية الفولاذ هي العملية المعاكسة، وتتميز بالتبريد البطيء بعد التسخين.

يتيح لك التبريد والتلطيف المناسب للمنتج الفولاذي الحصول على "وسط ذهبي" أو مادة ذات قوة وصلابة متزايدة. تسمح المعالجة الحرارية للفولاذ بالانحناء قبل الكسر وعدم الانكسار بطريقة هشة، وهو ما يمكن أن يكون مفيدًا في العديد من المنتجات.
يحتوي الفولاذ على مكونات صناعة السبائك، والتركيبات المختلفة تعني أن السبائك قد تتطلب أوقات تسخين ودرجات حرارة مختلفة. وكذلك طرق التبريد المختلفة (السرعات).

المواد والمعدات

لإجراء تجارب تصلب الفولاذ سنحتاج إلى:

• موقد الغاز أو موقد اللحام.
  
• قضيبان مصنوعان من الفولاذ درجة 1040 (المعادل الروسي: St. 40، أو St. 49G)؛
  
• حاوية مع الماء للتصلب.

أمان:
عند تنفيذ العمل الساخن، يجب اتخاذ خطوات إضافية لضمان السلامة الكافية. يتطلب تسخين الفولاذ بلهب مكشوف من موقد اللحام معدات حماية شخصية (قفازات ونظارات واقية). بالإضافة إلى ذلك، ستحتاج إلى طفاية حريق، دلو من الماء وشعر (ورقة الأسبستوس).

تنفيذ أعمال تصلب الفولاذ

مرة أخرى، نتحقق من مدى توفر معدات مكافحة الحرائق والحماية الشخصية وإمكانية صيانتها. هيا بنا نبدأ:
دعونا نثني قضباننا على شكل الحرف "U".

دعونا نشعل الغاز ونشعل موقد الغاز. تأكد من أن الشعلة تواجه بعيدًا عنك. تأكد من عدم وجود أي شخص آخر على بعد متر واحد من الشعلة أثناء احتراقها. احتفظ بمطفأة حريق بالقرب منك في حالة الطوارئ.

ضع الجزء المنحني من القضيب "U" في الجزء الأكثر سخونة من اللهب، مع الإمساك بطرفي القضيب الفولاذي.

الجزء الأكثر سخونة من اللهب هو مخروط صغير في منتصف المسافة تقريبًا على طول اللهب. تأكد من تدوير القضيب أثناء تسخينه بواسطة اللهب لضمان التسخين المتساوي. عند نقطة التسخين القصوى، تبدأ إعادة هيكلة ذرات الحديد والكربون ومكونات السبائك.

عندما يتحول لون القضيب إلى اللون البرتقالي الزاهي حيث يتم تسخينه، قم بإزالة القضيب من اللهب وقم بغمسه بسرعة في الماء داخل الحاوية كما هو موضح في الصورة (يسمى "التبريد"). يقلل التبريد من حركة الذرات، ويمكن توضيحه على أنه "تجميد" ذرات الفولاذ في موقع جديد. في هذه اللحظة، الذرات في وضع غير مستقر.

كرر الخطوتين 3 و4 مع القضيب الفولاذي الثاني.

خذ القضيب الفولاذي الثاني وقم بتقويته عن طريق تسخينه بشعلة لمدة 10 ثوانٍ. لا تصلب قضيبك الفولاذي الأول! ومن خلال وضعه في وعاء به ماء، نقوم بإجراء تصلب ثانوي أو تقسية حرارية للفولاذ.وهذا يسمح للذرات المعدنية "بالاسترخاء" والاستقرار في وضع أكثر استقرارًا.
نقوم بتصويب كلا القضيبين لتوضيح الفرق في الخواص الميكانيكية. سيكون القضيب الأول (القضيب الذي لم يتم تصليبه مرة ثانية) هشًا للغاية وسوف ينكسر لأن الذرات ليست في وضع مستقر.

سوف ينحني القضيب الثاني، الذي تم إعادة تسخينه وتبريده (تقسيته)، ولكن الشكل "U" سيبقى. ولأن هذا القضيب تم إخماده وتلطيفه، فقد سمح للذرات "بالاسترخاء" في وضع مستقر، وأصبحت المادة أقوى وأكثر صلابة دون أن تفقد مقاومتها للتشوه.

الاستنتاجات

أظهر هذا المثال لأبسط عملية تبريد وتلطيف للفولاذ الكربوني منخفض السبائك إمكانيات المعالجة الحرارية وتأثيرها على الخواص الفيزيائية للمعدن.
المقال الأصلي باللغة الإنجليزية