Come indurire l'acciaio: un esperimento visivo

L'acciaio familiare è una lega di ferro e carbonio. Il ferro puro è malleabile e morbido, il suo campo di applicazione è limitato. Una varietà di acciai laminati e prodotti in acciaio cambiano significativamente la loro durezza e duttilità con diversi trattamenti termici:

• L'indurimento dell'acciaio consiste nel riscaldamento ad alte temperature e nel rapido raffreddamento in olio o acqua. Questo produce acciaio forte ma fragile.
  
• La tempera dell'acciaio è il processo opposto, caratterizzato da un lento raffreddamento dopo il riscaldamento.

La corretta tempra e rinvenimento di un prodotto in acciaio consente di ottenere una "media aurea" o un materiale con maggiore resistenza e durezza. Il trattamento termico consente all'acciaio di piegarsi prima di rompersi e di non rompersi in modo fragile, il che può essere utile in molti prodotti.
L'acciaio ha componenti leganti; composizioni diverse significano che le leghe possono richiedere tempi e temperature di riscaldamento diversi. Oltre a diversi metodi di raffreddamento (velocità).

Materiali e attrezzature

Per condurre esperimenti di tempra dell'acciaio avremo bisogno di:

• bruciatore a gas o fiamma ossidrica;
  
• due aste in acciaio di grado 1040 (equivalente russo: St. 40 o St. 49G);
  
• contenitore con acqua per indurire.

Sicurezza:
Quando si effettuano lavori a caldo, è necessario adottare misure aggiuntive per garantire un'adeguata sicurezza. Il riscaldamento dell'acciaio con la fiamma libera di una fiamma ossidrica richiederà dispositivi di protezione individuale (guanti e occhiali). Inoltre, avrai bisogno di un estintore, un secchio d'acqua e del feltro (lamiera di amianto).

Esecuzione di lavori di tempra dell'acciaio

Ancora una volta controlliamo la disponibilità e l'utilizzabilità dei dispositivi antincendio e di protezione individuale. Iniziamo:
Pieghiamo le nostre aste a forma di lettera "U".

Accendiamo il gas e accendiamo il fornello. Assicurati che la torcia sia rivolta lontano da te. Assicurarsi che nessun altro si trovi nel raggio di 1 metro dalla torcia mentre è accesa. Avere un estintore nelle vicinanze in caso di emergenza.

Posizionare la parte curva dell'asta ad "U" nella parte più calda della fiamma, tenendo le due estremità dell'asta d'acciaio.

La parte più calda della fiamma è un piccolo cono a circa metà della fiamma. Assicurati di ruotare l'asta mentre viene riscaldata dalla fiamma per garantire un riscaldamento uniforme. Nel punto di massimo riscaldamento inizia la ristrutturazione degli atomi di ferro, carbonio e componenti leganti.

Quando la bacchetta diventa di un colore arancione brillante nel punto in cui viene riscaldata, togliere la bacchetta dalla fiamma e immergerla velocemente nell'acqua all'interno del contenitore come mostrato in foto (detta “spegnimento”). L'estinzione riduce il movimento degli atomi e può essere illustrata come il "congelamento" degli atomi di acciaio in una nuova posizione. In questo momento, gli atomi sono in una posizione instabile.

Ripetere i passaggi 3 e 4 con la seconda barra d'acciaio.

Prendi la seconda tondino d'acciaio e induriscilo scaldandolo con un cannello per 10 secondi. Non indurire la tua prima barra d'acciaio! Mettendolo in un contenitore con acqua, eseguiamo un indurimento secondario o rinvenimento termico dell'acciaio.Ciò consente agli atomi metallici di “rilassarsi” e di stabilirsi in una posizione più stabile.
Raddrizziamo entrambe le aste per illustrare la differenza nelle proprietà meccaniche. La prima bacchetta (quella che non è stata indurita una seconda volta) sarà molto fragile e si romperà perché gli atomi non sono in una posizione stabile.

La seconda asta, che è stata riscaldata e raffreddata (temperata), si piegherà, ma manterrà la forma a "U". Poiché questa barra è stata raffreddata e temperata, gli atomi hanno potuto "rilassarsi" in una posizione stabile, il materiale è diventato più forte e rigido senza perdere la sua resistenza alla deformazione.

conclusioni

Questo esempio della più semplice tempra e rinvenimento dell'acciaio al carbonio a bassa lega ha mostrato le possibilità del trattamento termico e il suo effetto sulle proprietà fisiche del metallo.
Articolo originale in inglese