Cómo endurecer acero: un experimento visual

El conocido acero es una aleación de hierro y carbono. El hierro puro es maleable y blando, su ámbito de aplicación es limitado. Una variedad de aceros laminados y productos de acero cambian significativamente su dureza y ductilidad con diferentes tratamientos térmicos:

• El endurecimiento del acero consiste en calentarlo a altas temperaturas y enfriarlo rápidamente en aceite o agua. Esto produce acero fuerte pero quebradizo.
  
• El templado del acero es el proceso opuesto, caracterizado por un enfriamiento lento después del calentamiento.

El templado y revenido adecuado de un producto de acero le permite obtener un "medio dorado" o un material con mayor resistencia y dureza. El tratamiento térmico permite que el acero se doble antes de romperse y no se rompa de forma quebradiza, lo que puede resultar útil en muchos productos.
El acero tiene componentes de aleación; diferentes composiciones significan que las aleaciones pueden requerir diferentes tiempos de calentamiento y temperaturas. Así como diferentes métodos de enfriamiento (velocidades).

Materiales y equipamiento

Para realizar experimentos de endurecimiento del acero necesitaremos:

• quemador de gas o soplete;
  
• dos varillas de acero grado 1040 (equivalente ruso: St. 40 o St. 49G);
  
• recipiente con agua para endurecer.

Seguridad:
Cuando se realizan trabajos en caliente, se deben tomar medidas adicionales para garantizar la seguridad adecuada. Calentar acero con una llama abierta de un soplete requerirá equipo de protección personal (guantes y gafas protectoras). Además, necesitarás un extintor, un balde de agua y fieltro (láminas de amianto).

Realización de trabajos de endurecimiento del acero.

Una vez más comprobamos la disponibilidad y estado de funcionamiento de los equipos de extinción de incendios y de protección personal. Empecemos:
Doblamos nuestras varillas en forma de letra "U".

Abramos el gas y encendamos el quemador de gas. Asegúrese de que la antorcha esté de espaldas a usted. Asegúrese de que nadie más esté a menos de 1 metro de la antorcha mientras está encendida. Tenga un extintor cerca en caso de emergencia.

Coloca la parte curva de la varilla en "U" en la parte más caliente de la llama, sujetando los dos extremos de la varilla de acero.

La parte más caliente de la llama es un pequeño cono aproximadamente a la mitad de la llama. Asegúrese de girar la varilla mientras la llama la calienta para garantizar un calentamiento uniforme. En el punto de mayor calentamiento, comienza la reestructuración de los átomos de hierro, carbono y componentes de aleación.

Cuando la varilla adquiera un color naranja brillante en el lugar donde se calienta, retírela de la llama y sumérjala rápidamente en el agua dentro del recipiente como se muestra en la foto (lo que se llama "apagado"). El enfriamiento reduce el movimiento de los átomos y puede ilustrarse como la "congelación" de los átomos de acero en una nueva ubicación. En este momento, los átomos se encuentran en una posición inestable.

Repita los pasos 3 y 4 con la segunda varilla de acero.

Toma la segunda varilla de acero y endurecela calentándola con un soplete durante 10 segundos. ¡No endurezcas tu primera varilla de acero! Colocándolo en un recipiente con agua realizamos un endurecimiento secundario o templado térmico del acero.Esto permite que los átomos del metal se "relajen" y se asienten en una posición más estable.
Enderezamos ambas varillas para ilustrar la diferencia en las propiedades mecánicas. La primera varilla (la varilla que no ha sido endurecida por segunda vez) será muy quebradiza y se romperá porque los átomos no están en una posición estable.

La segunda varilla, que ha sido recalentada y templada (templada), se doblará, pero la forma de “U” permanecerá. Debido a que esta varilla fue apagada y revenida, se permitió que los átomos se "relajaran" en una posición estable, el material se volvió más fuerte y rígido sin perder su resistencia a la deformación.

conclusiones

Este ejemplo del temple y revenido más simple de acero al carbono de baja aleación mostró las posibilidades del tratamiento térmico y su efecto sobre las propiedades físicas del metal.
Artículo original en inglés.