Ako kaliť oceľ - vizuálny experiment

Známa oceľ je zliatina železa a uhlíka. Čisté železo je kujné a mäkké, rozsah jeho použitia je obmedzený. Rôzne valcované ocele a výrobky z ocele výrazne menia svoju tvrdosť a ťažnosť rôznymi tepelnými úpravami:

• Kalenie ocele pozostáva zo zahriatia na vysoké teploty a rýchleho ochladenia v oleji alebo vode. To vytvára silnú, ale krehkú oceľ.
  
• Kalenie ocele je opačný proces, ktorý sa vyznačuje pomalým ochladzovaním po zahriatí.

Správne kalenie a temperovanie oceľového produktu vám umožňuje získať „zlatý priemer“ alebo materiál so zvýšenou pevnosťou a tvrdosťou. Tepelné spracovanie umožňuje, aby sa oceľ pred zlomením ohýbala a nelámala sa krehkým spôsobom, čo môže byť užitočné v mnohých výrobkoch.
Oceľ má legujúce zložky; rôzne zloženie znamená, že zliatiny môžu vyžadovať rôzne časy ohrevu a teploty. Rovnako ako rôzne spôsoby chladenia (rýchlosti).

Materiály a vybavenie

Na vykonanie experimentov s kalením ocele budeme potrebovať:

• plynový horák alebo horák;
  
• dve tyče vyrobené z ocele triedy 1040 (ruský ekvivalent: St. 40 alebo St. 49G);
  
• nádoba s vodou na kalenie.

Bezpečnosť:
Keď sa vykonáva práca za tepla, musia sa vykonať ďalšie kroky na zaistenie primeranej bezpečnosti. Ohrev ocele otvoreným plameňom z horáka bude vyžadovať osobné ochranné prostriedky (rukavice a okuliare). Okrem toho budete potrebovať hasiaci prístroj, vedro s vodou a plsť (azbest).

Vykonávanie prác na kalenie ocele

Opäť preverujeme dostupnosť a prevádzkyschopnosť hasičských a osobných ochranných prostriedkov. Začnime:
Ohneme naše tyče v tvare písmena "U".

Zapneme plyn a zapálime plynový horák. Uistite sa, že baterka smeruje od vás. Uistite sa, že nikto iný nie je v okruhu 1 metra od horáka, kým horí. Majte nablízku hasiaci prístroj pre prípad núdze.

Umiestnite zakrivenú časť "U" tyče do najhorúcejšej časti plameňa, pričom držte dva konce oceľovej tyče.

Najhorúcejšou časťou plameňa je malý kužeľ približne v polovici plameňa. Uistite sa, že tyč otáčate, kým sa ohrieva plameňom, aby ste zaistili rovnomerné zahrievanie. V bode najväčšieho ohrevu začína reštrukturalizácia atómov železa, uhlíka a legujúcich zložiek.

Keď sa tyčinka na mieste zahriatia sfarbí do jasne oranžovej farby, vyberte tyčinku z plameňa a rýchlo ju ponorte do vody vo vnútri nádoby, ako je znázornené na fotografii (nazývané „kalenie“). Kalenie znižuje pohyb atómov a možno ho znázorniť ako „zmrazenie“ atómov ocele na novom mieste. V tomto momente sú atómy v nestabilnej polohe.

Opakujte kroky 3 a 4 s druhou oceľovou tyčou.

Vezmite druhú oceľovú tyč a vytvrdnite ju zahrievaním horákom na 10 sekúnd. Nekalte svoju prvú oceľovú tyč! Vložením do nádoby s vodou vykonáme sekundárne kalenie alebo tepelné popúšťanie ocele.To umožňuje atómom kovu „uvoľniť sa“ a usadiť sa v stabilnejšej polohe.
Obidve tyče narovnávame, aby sme ilustrovali rozdiel v mechanických vlastnostiach. Prvá tyč (druhýkrát netvrdená tyč) bude veľmi krehká a zlomí sa, pretože atómy nie sú v stabilnej polohe.

Druhá tyč, ktorá bola znovu zahriata a ochladená (temperovaná), sa ohne, ale tvar „U“ zostane. Pretože táto tyč bola ochladená a temperovaná, nechali sa atómy „uvoľniť“ do stabilnej polohy, materiál sa stal pevnejším a tuhším bez straty odolnosti voči deformácii.

závery

Tento príklad najjednoduchšieho kalenia a popúšťania nízkolegovanej uhlíkovej ocele ukázal možnosti tepelného spracovania a jeho vplyv na fyzikálne vlastnosti kovu.
Pôvodný článok v angličtine