Sådan hærder du stål - et visuelt eksperiment

Det velkendte stål er en legering af jern og kulstof. Rent jern er formbart og blødt, dets anvendelsesområde er begrænset. En række valsede stål- og stålprodukter ændrer deres hårdhed og duktilitet markant med forskellige varmebehandlinger:

• Hærdning af stål består af opvarmning til høje temperaturer og hurtig afkøling i olie eller vand. Dette producerer stærkt, men skørt stål.
  
• Hærdning af stål er den modsatte proces, karakteriseret ved langsom afkøling efter opvarmning.

Korrekt bratkøling og hærdning af et stålprodukt giver dig mulighed for at opnå en "gylden middelværdi" eller et materiale med øget styrke og hårdhed. Varmebehandling gør, at stålet kan bøjes, før det går i stykker og ikke går i stykker på en skør måde, hvilket kan være nyttigt i mange produkter.
Stål har legeringskomponenter; forskellige sammensætninger betyder, at legeringerne kan kræve forskellige opvarmningstider og temperaturer. Samt forskellige kølemetoder (hastigheder).

Materialer og udstyr

For at udføre stålhærdningseksperimenter har vi brug for:

• gasbrænder eller blæselampe;
  
• to stænger lavet af stålkvalitet 1040 (russisk ækvivalent: St. 40 eller St. 49G);
  
• beholder med vand til hærdning.

Sikkerhed:
Når der udføres varmt arbejde, skal der tages yderligere skridt for at sikre tilstrækkelig sikkerhed. Opvarmning af stål med åben ild fra en blæselampe vil kræve personlige værnemidler (handsker og beskyttelsesbriller). Derudover skal du bruge en ildslukker, en spand vand og filt (pladeasbest).

Udførelse af stålhærdningsarbejde

Endnu en gang tjekker vi tilgængeligheden og brugbarheden af ​​brandsluknings- og personlige værnemidler. Lad os komme igang:
Lad os bøje vores stænger i form af bogstavet "U".

Lad os tænde for gassen og tænde gasbrænderen. Sørg for, at lommelygten vender væk fra dig. Sørg for, at ingen andre er inden for 1 meter fra faklen, mens den brænder. Hav en ildslukker i nærheden i nødstilfælde.

Placer den buede del af "U"-stangen i den varmeste del af flammen, mens du holder de to ender af stålstangen.

Den varmeste del af flammen er en lille kegle cirka halvvejs langs flammen. Sørg for at dreje stangen, mens den opvarmes af flammen for at sikre en jævn opvarmning. På det punkt, hvor der er størst opvarmning, begynder omstruktureringen af ​​atomerne i jern, kulstof og legeringskomponenter.

Når stangen bliver en lys orange farve, hvor den opvarmes, skal du fjerne stangen fra flammen og hurtigt dyppe den i vandet inde i beholderen som vist på billedet (kaldet "slukning"). Slukning reducerer bevægelsen af ​​atomer og kan illustreres som "frysning" af stålatomer på et nyt sted. I dette øjeblik er atomerne i en ustabil position.

Gentag trin 3 og 4 med den anden stålstang.

Tag den anden stålstang og hærd den ved at opvarme den med en lommelygte i 10 sekunder. Lad være med at hærde din første stålstang! Ved at placere det i en beholder med vand udfører vi sekundær hærdning eller termisk hærdning af stålet.Dette gør det muligt for metalatomerne at "slappe af" og sætte sig i en mere stabil position.
Vi retter begge stænger ud for at illustrere forskellen i mekaniske egenskaber. Den første stang (den stang, der ikke er hærdet anden gang) vil være meget skør og vil knække, fordi atomerne ikke er i en stabil position.

Den anden stang, som er blevet genopvarmet og slukket (hærdet), vil bøje, men "U"-formen forbliver. Fordi denne stang blev slukket og hærdet, fik atomerne lov til at "slappe af" til en stabil position, materialet blev stærkere og stivere uden at miste sin modstand mod deformation.

konklusioner

Dette eksempel på den enkleste bratkøling og hærdning af lavlegeret kulstofstål viste mulighederne for varmebehandling og dens effekt på metallets fysiske egenskaber.
Originalartikel på engelsk