Πώς να σκληρύνετε το χάλυβα - ένα οπτικό πείραμα

Ο γνωστός χάλυβας είναι ένα κράμα σιδήρου και άνθρακα. Ο καθαρός σίδηρος είναι ελατός και μαλακός, το πεδίο εφαρμογής του είναι περιορισμένο. Μια ποικιλία προϊόντων έλασης χάλυβα και χάλυβα αλλάζει σημαντικά τη σκληρότητα και την ολκιμότητα τους με διαφορετικές θερμικές επεξεργασίες:

• Ο χάλυβας σκλήρυνσης αποτελείται από θέρμανση σε υψηλές θερμοκρασίες και ταχεία ψύξη σε λάδι ή νερό. Αυτό παράγει ισχυρό αλλά εύθραυστο χάλυβα.
  
• Ο χάλυβας σκλήρυνσης είναι η αντίθετη διαδικασία, που χαρακτηρίζεται από αργή ψύξη μετά τη θέρμανση.

Το σωστό σβήσιμο και σκλήρυνση ενός προϊόντος χάλυβα σας επιτρέπει να αποκτήσετε ένα "χρυσό μέσο" ή ένα υλικό με αυξημένη αντοχή και σκληρότητα. Η θερμική επεξεργασία επιτρέπει στον χάλυβα να λυγίσει πριν σπάσει και να μην σπάσει με εύθραυστο τρόπο, κάτι που μπορεί να είναι χρήσιμο σε πολλά προϊόντα.
Ο χάλυβας έχει συστατικά κραμάτων· διαφορετικές συνθέσεις σημαίνουν ότι τα κράματα μπορεί να απαιτούν διαφορετικούς χρόνους και θερμοκρασίες θέρμανσης. Καθώς και διαφορετικές μέθοδοι ψύξης (ταχύτητες).

Υλικά και εξοπλισμός

Για τη διεξαγωγή πειραμάτων σκλήρυνσης χάλυβα θα χρειαστούμε:

• καυστήρας αερίου ή φυσητήρας?
  
• δύο ράβδοι από χάλυβα ποιότητας 1040 (Ρωσικό ισοδύναμο: St. 40, ή St. 49G).
  
• δοχείο με νερό για σκλήρυνση.

Ασφάλεια:
Όταν εκτελούνται θερμές εργασίες, πρέπει να λαμβάνονται πρόσθετα μέτρα για να διασφαλιστεί η επαρκής ασφάλεια. Η θέρμανση του χάλυβα με ανοιχτή φλόγα από φυσητήρα θα απαιτήσει ατομικό προστατευτικό εξοπλισμό (γάντια και γυαλιά). Επιπλέον, θα χρειαστείτε έναν πυροσβεστήρα, έναν κουβά με νερό και τσόχα (φύλλο αμιάντου).

Εκτέλεση εργασιών σκλήρυνσης χάλυβα

Για άλλη μια φορά ελέγχουμε τη διαθεσιμότητα και τη δυνατότητα συντήρησης του πυροσβεστικού και ατομικού προστατευτικού εξοπλισμού. Ας αρχίσουμε:
Ας λυγίσουμε τα καλάμια μας στο σχήμα του γράμματος "U".

Ας ανάψουμε το γκάζι και ας ανάψουμε τον καυστήρα αερίου. Βεβαιωθείτε ότι ο φακός είναι στραμμένος μακριά από εσάς. Βεβαιωθείτε ότι κανένας άλλος δεν βρίσκεται σε απόσταση 1 μέτρου από τον φακό ενώ καίει. Έχετε πυροσβεστήρα κοντά σε περίπτωση έκτακτης ανάγκης.

Τοποθετήστε το κυρτό μέρος της ράβδου "U" στο πιο ζεστό μέρος της φλόγας, κρατώντας τα δύο άκρα της χαλύβδινης ράβδου.

Το πιο καυτό μέρος της φλόγας είναι ένας μικρός κώνος περίπου στη μέση της φλόγας. Φροντίστε να περιστρέψετε τη ράβδο ενώ θερμαίνεται από τη φλόγα για να εξασφαλίσετε ομοιόμορφη θέρμανση. Στο σημείο της μεγαλύτερης θέρμανσης, αρχίζει η αναδιάρθρωση των ατόμων του σιδήρου, του άνθρακα και των συστατικών κραμάτων.

Όταν η ράβδος πάρει ένα έντονο πορτοκαλί χρώμα όπου θερμαίνεται, αφαιρέστε τη ράβδο από τη φλόγα και βουτήξτε τη γρήγορα στο νερό μέσα στο δοχείο όπως φαίνεται στη φωτογραφία (ονομάζεται «σβήσιμο»). Το σβήσιμο μειώνει την κίνηση των ατόμων και μπορεί να απεικονιστεί ως το «πάγωμα» των ατόμων χάλυβα σε μια νέα θέση. Αυτή τη στιγμή, τα άτομα βρίσκονται σε ασταθή θέση.

Επαναλάβετε τα βήματα 3 και 4 με τη δεύτερη χαλύβδινη ράβδο.

Πάρτε τη δεύτερη ατσάλινη ράβδο και σκληρύνετε τη θερμαίνοντάς την με ένα φακό για 10 δευτερόλεπτα. Μην σκληρύνετε την πρώτη σας ατσάλινη ράβδο! Τοποθετώντας το σε δοχείο με νερό, εκτελούμε δευτερογενή σκλήρυνση ή θερμική σκλήρυνση του χάλυβα.Αυτό επιτρέπει στα άτομα μετάλλου να «χαλαρώσουν» και να εγκατασταθούν σε μια πιο σταθερή θέση.
Ανορθώνουμε και τις δύο ράβδους για να δείξουμε τη διαφορά στις μηχανικές ιδιότητες. Η πρώτη ράβδος (η ράβδος που δεν έχει σκληρυνθεί δεύτερη φορά) θα είναι πολύ εύθραυστη και θα σπάσει επειδή τα άτομα δεν είναι σε σταθερή θέση.

Η δεύτερη ράβδος, η οποία έχει ξαναθερμανθεί και σβήσει (σκληρυνθεί), θα λυγίσει, αλλά το σχήμα "U" θα παραμείνει. Επειδή αυτή η ράβδος σβήστηκε και μετριάστηκε, τα άτομα αφέθηκαν να «χαλαρώσουν» σε μια σταθερή θέση, το υλικό έγινε ισχυρότερο και πιο άκαμπτο χωρίς να χάσει την αντοχή του στην παραμόρφωση.

συμπεράσματα

Αυτό το παράδειγμα της απλούστερης σβέσης και σκλήρυνσης ανθρακούχου χάλυβα χαμηλού κράματος έδειξε τις δυνατότητες θερμικής επεξεργασίας και την επίδρασή της στις φυσικές ιδιότητες του μετάλλου.
Πρωτότυπο άρθρο στα αγγλικά