Kaip grūdinti plieną – vizualus eksperimentas

Žinomas plienas yra geležies ir anglies lydinys. Gryna geležis yra kali ir minkšta, jos taikymo sritis ribota. Įvairūs valcavimo plienas ir plieno gaminiai žymiai pakeičia jų kietumą ir lankstumą skirtingais terminiais apdorojimais:

• Grūdinamasis plienas susideda iš kaitinimo iki aukštos temperatūros ir greito aušinimo aliejuje arba vandenyje. Taip gaunamas stiprus, bet trapus plienas.
  
• Plieno grūdinimas yra priešingas procesas, kuriam būdingas lėtas aušinimas po kaitinimo.

Tinkamas plieno gaminio grūdinimas ir grūdinimas leidžia gauti „aukso viduriuką“ arba padidinto stiprumo ir kietumo medžiagą. Terminis apdorojimas leidžia plienui sulenkti prieš lūžtant ir nesulūžti trapiai, o tai gali būti naudinga daugelyje gaminių.
Plienas turi legiruojančių komponentų; skirtingos sudėties reiškia, kad lydiniams gali prireikti skirtingo kaitinimo laiko ir temperatūros. Taip pat skirtingi aušinimo būdai (greičiai).

Medžiagos ir įranga

Norėdami atlikti plieno grūdinimo eksperimentus, mums reikės:

• dujų degiklis arba pūtiklis;
  
• du strypai, pagaminti iš 1040 klasės plieno (rusiškas atitikmuo: St. 40, arba St. 49G);
  
• indas su vandeniu kietėjimui.

Sauga:
Atliekant karštus darbus, reikia imtis papildomų veiksmų, kad būtų užtikrinta tinkama sauga. Kaitinant plieną atvira liepsna iš pūtiklio, reikės asmeninių apsaugos priemonių (pirštinių ir akinių). Be to, jums reikės gesintuvo, kibiro vandens ir veltinio (lakštinio asbesto).

Atliekame plieno grūdinimo darbus

Dar kartą patikriname gaisro gesinimo ir asmeninių apsaugos priemonių prieinamumą ir tinkamumą naudoti. Pradėkime:
Sulenkime savo strypus raidės „U“ pavidalu.

Įjunkime dujas ir uždegkime dujų degiklį. Įsitikinkite, kad žibintuvėlis yra nukreiptas nuo jūsų. Įsitikinkite, kad 1 metro atstumu nuo deglo niekas nėra, kol jis dega. Nelaimės atveju šalia turėkite gesintuvą.

Įdėkite išlenktą "U" strypo dalį į karščiausią liepsnos dalį, laikydami už du plieninio strypo galus.

Karščiausia liepsnos dalis yra mažas kūgis, esantis maždaug per pusę liepsnos. Įsitikinkite, kad sukate strypą, kol jis kaista nuo liepsnos, kad užtikrintumėte tolygų kaitinimą. Didžiausio įkaitimo taške prasideda geležies, anglies ir legiravimo komponentų atomų restruktūrizacija.

Kai kaitinimo vietoje strypas nusidažys ryškiai oranžine spalva, nuimkite strypą nuo liepsnos ir greitai panardinkite į vandenį indo viduje, kaip parodyta nuotraukoje (vadinama „gesinimu“). Gesinimas sumažina atomų judėjimą ir gali būti iliustruojamas kaip plieno atomų „užšalimas“ naujoje vietoje. Šiuo metu atomai yra nestabilioje padėtyje.

Pakartokite 3 ir 4 veiksmus su antruoju plieniniu strypu.

Paimkite antrą plieninį strypą ir sukietinkite jį kaitindami degikliu 10 sekundžių. Nekietinkite savo pirmojo plieninio strypo! Įdėję į indą su vandeniu, atliekame antrinį plieno grūdinimą arba terminį grūdinimą.Tai leidžia metalo atomams „atsipalaiduoti“ ir įsitvirtinti stabilesnėje padėtyje.
Ištiesiname abu strypus, kad parodytume mechaninių savybių skirtumą. Pirmas strypas (antrą kartą nesugrūdintas strypas) bus labai trapus ir nulūš, nes atomai nėra stabilioje padėtyje.

Antrasis pašildytas ir atšaldytas (grūdintas) strypas sulinks, tačiau „U“ forma išliks. Kadangi šis strypas buvo užgesintas ir grūdintas, atomams buvo leista „atsipalaiduoti“ į stabilią padėtį, medžiaga tapo tvirtesnė ir standesnė, neprarandant atsparumo deformacijoms.

išvadas

Šis paprasčiausio mažai legiruoto anglinio plieno grūdinimo ir grūdinimo pavyzdys parodė terminio apdorojimo galimybes ir jo įtaką metalo fizikinėms savybėms.
Originalus straipsnis anglų kalba