Hoe staal te harden - een visueel experiment

Het bekende staal is een legering van ijzer en koolstof. Zuiver ijzer is kneedbaar en zacht, het toepassingsgebied is beperkt. Een verscheidenheid aan gewalst staal en staalproducten veranderen hun hardheid en ductiliteit aanzienlijk met verschillende warmtebehandelingen:

• Het harden van staal bestaat uit het verwarmen tot hoge temperaturen en het snel afkoelen in olie of water. Dit levert sterk maar bros staal op.
  
• Temperen van staal is het tegenovergestelde proces, gekenmerkt door langzame afkoeling na verwarming.

Door een staalproduct op de juiste manier af te schrikken en te temperen, kunt u een “gulden middenweg” verkrijgen, oftewel een materiaal met verhoogde sterkte en hardheid. Door de warmtebehandeling kan het staal buigen voordat het breekt en niet op een brosse manier breken, wat in veel producten nuttig kan zijn.
Staal heeft legeringscomponenten; verschillende samenstellingen betekenen dat de legeringen verschillende verwarmingstijden en temperaturen kunnen vereisen. Evenals verschillende koelmethoden (snelheden).

Materialen en uitrusting

Om experimenten met het harden van staal uit te voeren, hebben we het volgende nodig:

• gasbrander of steekvlam;
  
• twee staven gemaakt van staalkwaliteit 1040 (Russisch equivalent: St. 40 of St. 49G);
  
• bak met water om uit te harden.

Veiligheid:
Bij werkzaamheden onder hoge temperatuur moeten aanvullende maatregelen worden genomen om een ​​adequate veiligheid te garanderen. Voor het verwarmen van staal met een open vlam van een steekvlam zijn persoonlijke beschermingsmiddelen nodig (handschoenen en een veiligheidsbril). Daarnaast heb je een brandblusser, een emmer water en vilt (asbestplaat) nodig.

Het uitvoeren van staalhardingswerkzaamheden

Opnieuw controleren wij de beschikbaarheid en bruikbaarheid van brandbestrijdingsmiddelen en persoonlijke beschermingsmiddelen. Laten we beginnen:
Laten we onze staven buigen in de vorm van de letter "U".

Laten we het gas aanzetten en de gasbrander aansteken. Zorg ervoor dat de fakkel van u af is gericht. Zorg ervoor dat niemand anders zich binnen 1 meter van de fakkel bevindt terwijl deze brandt. Zorg ervoor dat u een brandblusser in de buurt heeft voor geval van nood.

Plaats het gebogen deel van de "U" -staaf in het heetste deel van de vlam en houd de twee uiteinden van de stalen staaf vast.

Het heetste deel van de vlam is een kleine kegel ongeveer halverwege de vlam. Zorg ervoor dat u de staaf draait terwijl deze door de vlam wordt verwarmd, om een ​​gelijkmatige verwarming te garanderen. Op het punt van de grootste verhitting begint de herstructurering van de atomen van ijzer-, koolstof- en legeringscomponenten.

Wanneer de staaf bij verhitting een helder oranje kleur krijgt, haalt u de staaf uit de vlam en dompelt u hem snel in het water in de container, zoals weergegeven op de foto (‘blussen’ genoemd). Afschrikken vermindert de beweging van atomen en kan worden geïllustreerd als het "bevriezen" van staalatomen op een nieuwe locatie. Op dit moment bevinden de atomen zich in een onstabiele positie.

Herhaal stap 3 en 4 met de tweede stalen staaf.

Neem de tweede stalen staaf en hard deze uit door deze gedurende 10 seconden met een fakkel te verwarmen. Hard uw eerste stalen staaf niet uit! Door het in een bak met water te plaatsen, voeren we een secundaire harding of thermische tempering van het staal uit.Hierdoor kunnen de metaalatomen ‘ontspannen’ en zich in een stabielere positie nestelen.
We maken beide staven recht om het verschil in mechanische eigenschappen te illustreren. Het eerste staafje (het staafje dat niet voor de tweede keer is uitgehard) zal heel bros zijn en breken omdat de atomen zich niet in een stabiele positie bevinden.

De tweede staaf, die opnieuw is verwarmd en gehard (getemperd), zal buigen, maar de “U”-vorm blijft behouden. Omdat deze staaf werd afgeschrikt en getemperd, mochten de atomen zich "ontspannen" in een stabiele positie, het materiaal werd sterker en stijver zonder zijn weerstand tegen vervorming te verliezen.

conclusies

Dit voorbeeld van het eenvoudigste afschrikken en temperen van laaggelegeerd koolstofstaal toonde de mogelijkheden van warmtebehandeling en het effect ervan op de fysische eigenschappen van het metaal.
Origineel artikel in het Engels