Como endurecer o aço - um experimento visual

O aço familiar é uma liga de ferro e carbono. O ferro puro é maleável e macio, seu escopo de aplicação é limitado. Uma variedade de aços laminados e produtos de aço alteram significativamente sua dureza e ductilidade com diferentes tratamentos térmicos:

• O endurecimento do aço consiste no aquecimento a altas temperaturas e no resfriamento rápido em óleo ou água. Isso produz aço forte, mas quebradiço.
  
• O aço temperado é o processo oposto, caracterizado por resfriamento lento após aquecimento.

A têmpera e o revenido adequados de um produto de aço permitem obter um “meio-termo” ou um material com maior resistência e dureza. O tratamento térmico permite que o aço dobre antes de quebrar e não quebre de forma quebradiça, o que pode ser útil em muitos produtos.
O aço possui componentes de liga; diferentes composições significam que as ligas podem exigir diferentes tempos e temperaturas de aquecimento. Bem como diferentes métodos de resfriamento (velocidades).

Materiais e equipamentos

Para realizar experimentos de endurecimento de aço, precisaremos de:

• queimador de gás ou maçarico;
  
• duas hastes feitas de aço grau 1040 (equivalente em russo: St. 40 ou St. 49G);
  
• recipiente com água para endurecer.

Segurança:
Quando o trabalho a quente é realizado, medidas adicionais devem ser tomadas para garantir a segurança adequada. O aquecimento do aço com chama aberta de um maçarico exigirá equipamento de proteção individual (luvas e óculos de proteção). Além disso, você precisará de um extintor de incêndio, um balde com água e feltro (folha de amianto).

Execução de trabalhos de endurecimento de aço

Mais uma vez verificamos a disponibilidade e operacionalidade dos equipamentos de combate a incêndio e proteção individual. Vamos começar:
Vamos dobrar nossas hastes no formato da letra “U”.

Vamos ligar o gás e acender o queimador de gás. Certifique-se de que a tocha esteja voltada para longe de você. Certifique-se de que ninguém mais esteja a menos de 1 metro da tocha enquanto ela estiver queimando. Tenha um extintor de incêndio por perto em caso de emergência.

Coloque a parte curva da haste em “U” na parte mais quente da chama, segurando as duas pontas da haste de aço.

A parte mais quente da chama é um pequeno cone na metade do caminho da chama. Certifique-se de girar a haste enquanto ela estiver sendo aquecida pela chama para garantir um aquecimento uniforme. No ponto de maior aquecimento, inicia-se a reestruturação dos átomos de ferro, carbono e componentes de liga.

Quando a vareta ficar com uma cor laranja brilhante onde é aquecida, retire a vareta da chama e mergulhe-a rapidamente na água dentro do recipiente conforme mostrado na foto (chamada de “extinção”). A têmpera reduz o movimento dos átomos e pode ser ilustrada como o “congelamento” de átomos de aço em um novo local. Neste momento, os átomos estão numa posição instável.

Repita as etapas 3 e 4 com a segunda barra de aço.

Pegue a segunda barra de aço e endureça-a aquecendo-a com uma tocha por 10 segundos. Não endureça sua primeira barra de aço! Ao colocá-lo em um recipiente com água, realizamos o endurecimento secundário ou revenido térmico do aço.Isso permite que os átomos do metal “relaxem” e se estabeleçam em uma posição mais estável.
Endireitamos ambas as hastes para ilustrar a diferença nas propriedades mecânicas. A primeira haste (a haste que não foi endurecida pela segunda vez) será muito frágil e quebrará porque os átomos não estão em uma posição estável.

A segunda haste, que foi reaquecida e temperada (temperada), dobrará, mas o formato de “U” permanecerá. Como esta haste foi temperada e revenida, os átomos puderam "relaxar" em uma posição estável, o material tornou-se mais forte e rígido sem perder sua resistência à deformação.

conclusões

Este exemplo de têmpera e revenido mais simples de aço carbono de baixa liga mostrou as possibilidades do tratamento térmico e seu efeito nas propriedades físicas do metal.
Artigo original em inglês