Cách làm cứng thép - một thí nghiệm trực quan

Loại thép quen thuộc là hợp kim của sắt và cacbon. Sắt nguyên chất dễ uốn và mềm, phạm vi ứng dụng của nó bị hạn chế. Nhiều loại thép cán và sản phẩm thép thay đổi đáng kể độ cứng và độ dẻo khi xử lý nhiệt khác nhau:

• Thép cứng bao gồm nung ở nhiệt độ cao và làm nguội nhanh trong dầu hoặc nước. Điều này tạo ra thép mạnh nhưng giòn.
  
• Ủ thép là quá trình ngược lại, đặc trưng bởi sự làm nguội chậm sau khi gia nhiệt.

Việc làm nguội và ủ đúng cách sản phẩm thép cho phép bạn có được “ý nghĩa vàng” hoặc vật liệu có độ bền và độ cứng tăng lên. Xử lý nhiệt cho phép thép uốn cong trước khi gãy và không bị gãy giòn, điều này có thể hữu ích trong nhiều sản phẩm.
Thép có các thành phần hợp kim; các thành phần khác nhau có nghĩa là các hợp kim có thể yêu cầu thời gian gia nhiệt và nhiệt độ khác nhau. Cũng như các phương pháp làm mát (tốc độ) khác nhau.

Vật liệu và thiết bị

Để tiến hành thí nghiệm làm cứng thép, chúng ta sẽ cần:

• đầu đốt gas hoặc đèn hàn;
  
• hai thanh làm bằng thép loại 1040 (tương đương với tiếng Nga: St. 40 hoặc St. 49G);
  
• thùng chứa nước để làm cứng.

Sự an toàn:
Khi thực hiện công việc nóng, phải thực hiện các bước bổ sung để đảm bảo an toàn đầy đủ. Làm nóng thép bằng ngọn lửa trần từ đèn hàn sẽ cần có thiết bị bảo hộ cá nhân (găng tay và kính bảo hộ). Ngoài ra, bạn sẽ cần một bình chữa cháy, một xô nước và nỉ (tấm amiăng).

Thực hiện công việc tôi thép

Một lần nữa chúng tôi kiểm tra tính sẵn có và khả năng sử dụng của thiết bị chữa cháy và bảo vệ cá nhân. Bắt đầu nào:
Hãy uốn thanh của chúng ta theo hình chữ "U".

Chúng ta hãy bật gas và thắp đèn đốt gas. Hãy chắc chắn rằng ngọn đuốc hướng ra xa bạn. Đảm bảo không có ai khác ở gần ngọn đuốc trong vòng 1 mét khi ngọn đuốc đang cháy. Có bình chữa cháy gần đó trong trường hợp khẩn cấp.

Đặt phần cong của thanh chữ “U” vào phần nóng nhất của ngọn lửa, giữ hai đầu thanh thép.

Phần nóng nhất của ngọn lửa là một hình nón nhỏ nằm dọc theo nửa ngọn lửa. Hãy chắc chắn rằng bạn xoay thanh trong khi nó đang được đốt nóng bằng ngọn lửa để đảm bảo nhiệt đều. Tại thời điểm gia nhiệt lớn nhất, quá trình tái cấu trúc các nguyên tử của các thành phần sắt, cacbon và hợp kim bắt đầu.

Khi que chuyển sang màu cam sáng khi được nung nóng, hãy lấy que ra khỏi ngọn lửa và nhanh chóng nhúng que vào nước bên trong bình chứa như trong ảnh (gọi là “làm nguội”). Quá trình làm nguội làm giảm chuyển động của các nguyên tử và có thể được minh họa bằng sự "đóng băng" của các nguyên tử thép ở một vị trí mới. Tại thời điểm này, các nguyên tử đang ở vị trí không ổn định.

Lặp lại bước 3 và 4 với thanh thép thứ hai.

Lấy thanh thép thứ hai và làm cứng nó bằng cách đốt nóng bằng đèn khò trong 10 giây. Đừng làm cứng thanh thép đầu tiên của bạn! Bằng cách đặt nó vào một thùng chứa nước, chúng tôi thực hiện quá trình làm cứng thứ cấp hoặc ủ nhiệt của thép.Điều này cho phép các nguyên tử kim loại “thư giãn” và ổn định ở vị trí ổn định hơn.
Chúng tôi làm thẳng cả hai thanh để minh họa sự khác biệt về tính chất cơ học. Thanh thứ nhất (thanh chưa được tôi cứng lần thứ hai) sẽ rất giòn và sẽ gãy do các nguyên tử không ở vị trí ổn định.

Thanh thứ hai đã được hâm nóng và làm nguội (tôi luyện) sẽ uốn cong nhưng vẫn giữ nguyên hình chữ “U”. Vì thanh này đã được tôi và tôi luyện nên các nguyên tử được phép “thả lỏng” vào một vị trí ổn định, vật liệu trở nên bền và cứng hơn mà không mất đi khả năng chống biến dạng.

kết luận

Ví dụ về quá trình tôi và tôi luyện đơn giản nhất của thép cacbon hợp kim thấp cho thấy khả năng xử lý nhiệt và ảnh hưởng của nó đến các tính chất vật lý của kim loại.
Bài viết gốc bằng tiếng Anh