Hur man härdar stål - ett visuellt experiment

Det välbekanta stålet är en legering av järn och kol. Rent järn är formbart och mjukt, dess användningsområde är begränsat. En mängd valsade stål- och stålprodukter förändrar avsevärt deras hårdhet och duktilitet med olika värmebehandlingar:

• Härdande stål består av uppvärmning till höga temperaturer och snabb kylning i olja eller vatten. Detta ger starkt men sprött stål.
  
• Härdning av stål är den motsatta processen, kännetecknad av långsam kylning efter uppvärmning.

Korrekt härdning och härdning av en stålprodukt gör att du kan få en "gyllene medelväg" eller ett material med ökad styrka och hårdhet. Värmebehandling gör att stålet böjas innan det går sönder och inte går sönder på ett sprött sätt, vilket kan vara användbart i många produkter.
Stål har legeringskomponenter, olika sammansättning gör att legeringarna kan kräva olika upphettningstider och temperaturer. Samt olika kylningsmetoder (hastigheter).

Material och utrustning

För att utföra stålhärdningsexperiment behöver vi:

• gasbrännare eller blåslampa;
  
• två stavar gjorda av stålkvalitet 1040 (rysk motsvarighet: St. 40, eller St. 49G);
  
• behållare med vatten för härdning.

Säkerhet:
När heta arbeten utförs måste ytterligare åtgärder vidtas för att säkerställa tillräcklig säkerhet. Uppvärmning av stål med öppen låga från en blåslampa kräver personlig skyddsutrustning (handskar och skyddsglasögon). Dessutom behöver du en brandsläckare, en hink med vatten och filt (plåt asbest).

Utföra stålhärdningsarbeten

Återigen kontrollerar vi tillgängligheten och användbarheten av brandbekämpningsutrustning och personlig skyddsutrustning. Låt oss börja:
Låt oss böja våra stavar i form av bokstaven "U".

Låt oss slå på gasen och tända gasolbrännaren. Se till att ficklampan är vänd bort från dig. Se till att ingen annan befinner sig inom 1 meter från facklan medan den brinner. Ha en brandsläckare i närheten i nödfall.

Placera den böjda delen av "U"-stången i den hetaste delen av lågan, håll de två ändarna av stålstången.

Den hetaste delen av lågan är en liten kon ungefär halvvägs längs lågan. Se till att du roterar stången medan den värms upp av lågan för att säkerställa jämn uppvärmning. Vid punkten av störst uppvärmning börjar omstruktureringen av atomerna av järn, kol och legeringskomponenter.

När staven blir en ljus orange färg där den värms upp, ta bort staven från lågan och doppa den snabbt i vattnet inuti behållaren som visas på bilden (kallad "släckning"). Släckning minskar atomernas rörelse, och kan illustreras som "frysning" av stålatomer på en ny plats. I detta ögonblick är atomerna i en instabil position.

Upprepa steg 3 och 4 med den andra stålstaven.

Ta den andra stålstaven och härda den genom att värma den med en ficklampa i 10 sekunder. Härda inte din första stålstav! Genom att placera den i en behållare med vatten utför vi sekundär härdning eller termisk härdning av stålet.Detta gör att metallatomerna "slappnar av" och sätter sig i en mer stabil position.
Vi rätar ut båda stängerna för att illustrera skillnaden i mekaniska egenskaper. Den första staven (staven som inte har härdat en andra gång) kommer att vara mycket skör och kommer att gå sönder eftersom atomerna inte är i en stabil position.

Den andra staven, som har återuppvärmts och släckts (härdat), kommer att böjas, men "U"-formen kommer att finnas kvar. Eftersom denna stav var släckt och härdad fick atomerna "slappna av" till en stabil position, materialet blev starkare och styvare utan att förlora sitt motstånd mot deformation.

Slutsatser

Detta exempel på den enklaste härdningen och härdningen av låglegerat kolstål visade på möjligheterna med värmebehandling och dess effekt på metallens fysikaliska egenskaper.
Originalartikel på engelska