Comment durcir l'acier - une expérience visuelle

L'acier familier est un alliage de fer et de carbone. Le fer pur est malléable et mou, son champ d'application est limité. Une variété d'aciers laminés et de produits en acier modifient considérablement leur dureté et leur ductilité avec différents traitements thermiques :

• Le durcissement de l'acier consiste à chauffer à des températures élevées et à refroidir rapidement dans de l'huile ou de l'eau. Cela produit un acier solide mais cassant.
  
• La trempe de l'acier est le processus inverse, caractérisé par un refroidissement lent après chauffage.

Une trempe et un revenu appropriés d'un produit en acier vous permettent d'obtenir un « juste milieu » ou un matériau avec une résistance et une dureté accrues. Le traitement thermique permet à l’acier de se plier avant de se briser et de ne pas se briser de manière fragile, ce qui peut être utile dans de nombreux produits.
L'acier contient des composants d'alliage ; des compositions différentes signifient que les alliages peuvent nécessiter des temps et des températures de chauffage différents. Ainsi que différentes méthodes de refroidissement (vitesses).

Matériels et équipements

Pour mener des expériences de durcissement de l'acier, nous aurons besoin de :

• brûleur à gaz ou chalumeau;
  
• deux tiges en acier de nuance 1040 (équivalent russe : St. 40 ou St. 49G) ;
  
• récipient avec de l'eau pour durcir.

Sécurité:
Lorsque des travaux à chaud sont effectués, des mesures supplémentaires doivent être prises pour garantir une sécurité adéquate. Chauffer l'acier avec une flamme nue au chalumeau nécessitera un équipement de protection individuelle (gants et lunettes). De plus, vous aurez besoin d'un extincteur, d'un seau d'eau et de feutre (feuille d'amiante).

Réalisation de travaux de trempe de l'acier

Une fois de plus, nous vérifions la disponibilité et l'état de fonctionnement des équipements de lutte contre l'incendie et de protection individuelle. Commençons:
Plions nos tiges en forme de lettre "U".

Allumons le gaz et allumons le brûleur à gaz. Assurez-vous que la torche est tournée vers vous. Assurez-vous que personne d'autre ne se trouve à moins d'un mètre de la torche pendant qu'elle brûle. Ayez un extincteur à proximité en cas d'urgence.

Placez la partie courbée de la tige en « U » dans la partie la plus chaude de la flamme, en maintenant les deux extrémités de la tige en acier.

La partie la plus chaude de la flamme est un petit cône situé à mi-chemin de la flamme. Assurez-vous de faire tourner la tige pendant qu'elle est chauffée par la flamme pour garantir un chauffage uniforme. Au point de chauffage le plus important, la restructuration des atomes de fer, de carbone et des composants d'alliage commence.

Lorsque la tige prend une couleur orange vif à l'endroit où elle est chauffée, retirez la tige de la flamme et plongez-la rapidement dans l'eau à l'intérieur du récipient comme indiqué sur la photo (appelée « trempe »). La trempe réduit le mouvement des atomes et peut être illustrée par le « gel » des atomes d’acier dans un nouvel emplacement. A ce moment, les atomes sont dans une position instable.

Répétez les étapes 3 et 4 avec la deuxième tige d'acier.

Prenez la deuxième tige d'acier et faites-la durcir en la chauffant au chalumeau pendant 10 secondes. Ne durcissez pas votre première tige d'acier ! En le plaçant dans un récipient contenant de l'eau, nous effectuons un durcissement secondaire ou un revenu thermique de l'acier.Cela permet aux atomes métalliques de se « détendre » et de s’installer dans une position plus stable.
Nous redressons les deux tiges pour illustrer la différence de propriétés mécaniques. La première tige (la tige qui n’a pas été durcie une seconde fois) sera très fragile et se brisera car les atomes ne sont pas dans une position stable.

La deuxième tige, qui a été réchauffée et trempée (revenue), se pliera, mais la forme en « U » restera. Parce que cette tige a été trempée et revenue, les atomes ont pu se « détendre » dans une position stable, le matériau est devenu plus solide et plus rigide sans perdre sa résistance à la déformation.

conclusions

Cet exemple de trempe et de revenu les plus simples d'un acier au carbone faiblement allié a montré les possibilités du traitement thermique et son effet sur les propriétés physiques du métal.
Article original en anglais