Làm thế nào để làm cứng thép - một thí nghiệm trực quan

Thép quen thuộc với mọi người là hợp kim của sắt và carbon. Sắt nguyên chất dễ uốn và mềm, phạm vi của nó bị hạn chế. Một loạt các sản phẩm thép và các sản phẩm thép thay đổi đáng kể độ cứng và độ dẻo trong các phương pháp xử lý nhiệt khác nhau:

• Làm cứng thép bao gồm nung nóng đến nhiệt độ cao và làm lạnh nhanh trong dầu hoặc nước. Điều này dẫn đến một loại thép mạnh nhưng giòn.
• Quá trình ủ thép là quá trình ngược lại, được đặc trưng bởi làm lạnh chậm sau khi gia nhiệt.

Làm cứng và ủ đúng cách của sản phẩm thép cho phép bạn có được "mặt bằng trung gian" hoặc vật liệu có độ bền và độ cứng tăng. Xử lý nhiệt cho phép thép uốn cong trước khi phá vỡ và không bị vỡ một cách dễ vỡ, có thể hữu ích trong nhiều sản phẩm.
Thép có các thành phần hợp kim, một thành phần khác nhau dẫn đến thực tế là hợp kim có thể yêu cầu thời gian gia nhiệt và nhiệt độ khác nhau. Cũng như các phương pháp làm mát khác nhau (tốc độ).

Vật liệu và thiết bị

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

• đầu đốt gas hoặc ống thổi;
• hai thanh làm bằng thép cấp 1040 (bản sao của Nga: Art. 40, hoặc Art. 49G);
• bể nước để làm cứng.

An toàn:
Khi tiến hành công việc nóng, phải thực hiện các bước bổ sung để đảm bảo an toàn thích hợp. Gia nhiệt thép với ống thổi lửa mở sẽ yêu cầu thiết bị bảo vệ cá nhân (găng tay và kính). Ngoài ra, một bình chữa cháy, xô nước và cơn ác mộng (tấm amiăng) sẽ được yêu cầu.

Dập thép

Một lần nữa chúng tôi kiểm tra tính khả dụng và khả năng phục vụ của thiết bị chữa cháy và bảo vệ cá nhân. Bắt đầu:
Uốn cong các thanh của chúng ta dưới dạng chữ "U".
Bật gas và bật đèn đốt gas. Hãy chắc chắn rằng ngọn đuốc đang chỉ ra khỏi bạn. Hãy chắc chắn rằng không có ai khác trong vòng 1 mét của ngọn đuốc trong khi nó đang cháy. Có bình chữa cháy gần đó trong trường hợp khẩn cấp.
Chúng tôi đặt phần cong của thanh "U" vào phần nóng nhất của ngọn lửa, giữ hai đầu của thanh thép.
Phần nóng nhất của ngọn lửa là một hình nón nhỏ khoảng một nửa chiều dài của ngọn đuốc. Hãy chắc chắn rằng bạn xoay thanh trong khi nó đang được làm nóng bởi ngọn lửa, điều này đảm bảo sưởi ấm đồng đều. Tại thời điểm gia nhiệt lớn nhất, việc tái cấu trúc các nguyên tử sắt, carbon và các thành phần hợp kim bắt đầu.
Khi que, tại nơi sưởi ấm trở thành màu cam sáng, hãy rút que ra khỏi ngọn lửa và nhanh chóng nhúng nó vào nước bên trong thùng chứa, như trong ảnh (được gọi là "tuyệt chủng"). Làm nguội làm giảm sự chuyển động của các nguyên tử và có thể được minh họa là sự đóng băng của các nguyên tử thép ở một nơi mới. Tại thời điểm này, các nguyên tử 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 tiết chế thanh thép đầu tiên! Sau khi đặt nó vào một thùng chứa với nước, chúng tôi làm cho thép cứng thứ cấp hoặc tôi luyện nhiệt. 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 đầu tiên (một thanh không được làm cứng lần thứ hai) sẽ rất giòn và sẽ bị gãy, vì các nguyên tử không ở vị trí ổn định.
Cây gậy thứ hai, đã được hâm nóng và làm cứng (phát hành) lần thứ hai, sẽ uốn cong, nhưng hình dạng của U U sẽ vẫn còn. Vì thanh này đã được làm cứng và tôi luyện, các nguyên tử được phép để thư giãn vào vị trí ổn định, vật liệu trở nên mạnh hơn và cứng hơn mà không mất khả năng chống biến dạng.

Kết luận

Ví dụ này về quá trình làm nguội và ủ đơn giản nhất của thép carbon 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