Hvordan herde stål - et visuelt eksperiment

Det kjente stålet er en legering av jern og karbon. Rent jern er formbart og mykt, dets bruksområde er begrenset. En rekke valsede stål- og stålprodukter endrer hardheten og duktiliteten betydelig med forskjellige varmebehandlinger:

• Herding av stål består av oppvarming til høye temperaturer og rask avkjøling i olje eller vann. Dette gir sterkt, men sprøtt stål.
  
• Herding av stål er den motsatte prosessen, preget av langsom avkjøling etter oppvarming.

Riktig bråkjøling og herding av et stålprodukt lar deg oppnå en "gyllen middelvei" eller et materiale med økt styrke og hardhet. Varmebehandling gjør at stålet bøyer seg før det går i stykker og ikke går i stykker på en sprø måte, noe som kan være nyttig i mange produkter.
Stål har legeringskomponenter; ulike sammensetninger gjør at legeringene kan kreve ulike oppvarmingstider og temperaturer. Samt ulike kjølemetoder (hastigheter).

Materialer og utstyr

For å utføre stålherdingseksperimenter trenger vi:

• gassbrenner eller blåselampe;
  
• to stenger laget av stålkvalitet 1040 (russisk ekvivalent: St. 40, eller St. 49G);
  
• beholder med vann for herding.

Sikkerhet:
Når det utføres varmt arbeid, må det iverksettes ytterligere tiltak for å sikre tilstrekkelig sikkerhet. Oppvarming av stål med åpen flamme fra en blåselampe vil kreve personlig verneutstyr (hansker og briller). I tillegg trenger du et brannslukningsapparat, en bøtte med vann og filt (plate asbest).

Utføre stålherdingsarbeid

Nok en gang sjekker vi tilgjengeligheten og brukbarheten til brannslokkings- og personlig verneutstyr. La oss komme i gang:
La oss bøye stengene våre i form av bokstaven "U".

La oss skru på gassen og tenne gassbrenneren. Pass på at lommelykten vender bort fra deg. Pass på at ingen andre er innenfor 1 meter fra fakkelen mens den brenner. Ha et brannslukningsapparat i nærheten i nødstilfeller.

Plasser den buede delen av "U"-stangen i den varmeste delen av flammen, og hold de to endene av stålstangen.

Den varmeste delen av flammen er en liten kjegle omtrent halvveis langs flammen. Pass på at du roterer stangen mens den varmes opp av flammen for å sikre jevn oppvarming. Ved den største oppvarmingen begynner restruktureringen av atomene i jern, karbon og legeringskomponenter.

Når stangen får en lys oransje farge der den varmes opp, fjerner du stangen fra flammen og dypper den raskt i vannet inne i beholderen som vist på bildet (kalt "quenching"). Bråkjøling reduserer bevegelsen av atomer, og kan illustreres som "frysing" av stålatomer på et nytt sted. I dette øyeblikket er atomene i en ustabil posisjon.

Gjenta trinn 3 og 4 med den andre stålstangen.

Ta den andre stålstangen og herd den ved å varme den med en lommelykt i 10 sekunder. Ikke herd din første stålstang! Ved å legge den i en beholder med vann, utfører vi sekundær herding eller termisk herding av stålet.Dette lar metallatomene "slappe av" og sette seg i en mer stabil posisjon.
Vi retter ut begge stengene for å illustrere forskjellen i mekaniske egenskaper. Den første staven (staven som ikke har blitt herdet en gang til) vil være svært sprø og vil knekke fordi atomene ikke er i en stabil posisjon.

Den andre stangen, som har blitt varmet opp og slukket (temperert), vil bøye seg, men "U"-formen vil forbli. Fordi denne stangen ble slukket og temperert, fikk atomene "slappe av" til en stabil posisjon, materialet ble sterkere og stivere uten å miste motstanden mot deformasjon.

konklusjoner

Dette eksemplet på den enkleste bråkjølingen og herdingen av lavlegert karbonstål viste mulighetene for varmebehandling og dens effekt på metallets fysiske egenskaper.
Originalartikkel på engelsk