Com endurir l'acer: un experiment visual

L'acer conegut és un aliatge de ferro i carboni. El ferro pur és mal·leable i suau, el seu àmbit d'aplicació és limitat. Una varietat d'acers laminats i productes d'acer canvien significativament la seva duresa i ductilitat amb diferents tractaments tèrmics:

• L'acer d'enduriment consisteix en escalfar a altes temperatures i refredar ràpidament en oli o aigua. Això produeix acer fort però trencadís.
  
• El tremp de l'acer és el procés contrari, caracteritzat per un refredament lent després de l'escalfament.

L'extinció i el tremp adequats d'un producte d'acer us permeten obtenir un "mitjà daurat" o un material amb major resistència i duresa. El tractament tèrmic permet que l'acer es doblegui abans de trencar-se i no es trenqui de manera trencadissa, cosa que pot ser útil en molts productes.
L'acer té components d'aliatge; les diferents composicions fan que els aliatges requereixin diferents temps i temperatures d'escalfament. Així com diferents mètodes de refrigeració (velocitats).

Materials i equipaments

Per dur a terme experiments d'enduriment de l'acer necessitarem:

• cremador de gas o bufador;
  
• dues varetes d'acer grau 1040 (equivalent rus: St. 40 o St. 49G);
  
• recipient amb aigua per endurir.

Seguretat:
Quan es realitza un treball en calent, s'han de prendre mesures addicionals per garantir una seguretat adequada. L'escalfament de l'acer amb una flama oberta des d'un bufador requereix equips de protecció individual (guants i ulleres). A més, necessitareu un extintor, una galleda d'aigua i feltre (xamina d'amiant).

Realització de treballs d'enduriment de l'acer

Un cop més, comprovem la disponibilitat i el servei dels equips de protecció individual i de lluita contra incendis. Comencem:
Doblem les nostres varetes en forma de lletra "U".

Encenem el gas i encenem el cremador de gas. Assegureu-vos que la torxa estigui mirant cap amunt. Assegureu-vos que ningú més estigui a menys d'1 metre de la torxa mentre està cremant. Tenir un extintor a prop en cas d'emergència.

Col·loqueu la part corbada de la vareta "U" a la part més calenta de la flama, subjectant els dos extrems de la vareta d'acer.

La part més calenta de la flama és un petit con a la meitat de la flama. Assegureu-vos de girar la vareta mentre s'escalfa per la flama per garantir un escalfament uniforme. En el punt de major escalfament comença la reestructuració dels àtoms de ferro, carboni i components d'aliatge.

Quan la vareta adquireixi un color taronja brillant on s'escalfa, traieu la vareta de la flama i submergiu-la ràpidament a l'aigua dins del recipient tal com es mostra a la foto (anomenada "extinció"). L'extinció redueix el moviment dels àtoms i es pot il·lustrar com la "congelació" d'àtoms d'acer en una nova ubicació. En aquest moment, els àtoms es troben en una posició inestable.

Repetiu els passos 3 i 4 amb la segona vareta d'acer.

Agafeu la segona vareta d'acer i enduriu-la escalfant-la amb una torxa durant 10 segons. No enduriu la vostra primera vareta d'acer! En col·locar-lo en un recipient amb aigua, realitzem un enduriment secundari o temperat tèrmic de l'acer.Això permet que els àtoms metàl·lics es "relaxin" i s'instal·lin en una posició més estable.
Redreixem les dues varetes per il·lustrar la diferència de propietats mecàniques. La primera vareta (la vara que no s'ha endurit una segona vegada) serà molt trencadissa i es trencarà perquè els àtoms no es troben en una posició estable.

La segona vareta, que s'ha reescalfat i temperat (trepat), es doblegarà, però la forma d'"U" es mantindrà. Com que aquesta vareta es va apagar i temperar, els àtoms es van permetre "relaxar" en una posició estable, el material es va fer més fort i rígid sense perdre la seva resistència a la deformació.

conclusions

Aquest exemple de trempat i tremp més senzill d'acer al carboni de baix aliatge va mostrar les possibilitats del tractament tèrmic i el seu efecte sobre les propietats físiques del metall.
Article original en anglès