Як загартувати сталь - наочний експеримент

Звична всім сталь - це сплав заліза і вуглецю. Чисте залізо ковке і м'яке, область застосування його обмежена. Різноманітний сталевий прокат і вироби зі сталі значно змінюють твердість і гнучкість при різної термообробці:

• Загартування сталі складається з нагрівання до високих температур і швидкого охолодження в маслі або воді. Так виходить міцна, але тендітна сталь.
• Відпустка стали - це протилежний процес, що відрізняється повільним охолодженням після нагрівання.

Правильна гарт і відпустку сталевого виробу дозволяє отримати "золоту середину" або матеріал зі збільшеною міцністю і твердістю. Термічна обробка дозволяє стали згинатися перед руйнуванням і не ламатися крихким способом, що може бути корисно в багатьох виробах.
Сталь має легирующие компоненти, різний склад призводить до того, що сплави можуть вимагати різних часів розігріву і температур. А так же різних способів (швидкості) охолодження.

Матеріали та обладнання

Для проведення дослідів по загартуванню стали нам знадобиться:

• газовий пальник або паяльна лампа;
• два стержня зі сталі марки 1040 (російський аналог: Ст. 40, або Ст. 49Г);
• ємність з водою для загартування.

Безпека:
При проведенні вогневих робіт повинні бути зроблені додаткові кроки щодо забезпечення належної безпеки. Нагрівання стали відкритим вогнем паяльної лампи потребують індивідуальних засобів захисту (рукавички і окуляри). Крім того потрібно вогнегасник, відро з водою і кошма (листовий азбест).

Проведення робіт по загартуванню стали

Ще раз перевіряємо наявність і справність протипожежних і індивідуальних засобів захисту. Приступаємо до роботи:
Зігнемо наші стрижні у вигляді букви "U".
Включимо газ і запалимо газовий пальник. Переконайтеся в тому, що факел направлений від вас. Переконайтеся, що ніхто інший не знаходиться в межах 1 метра від факела, поки він горить. Майте вогнегасник поруч в разі надзвичайної ситуації.
Розміщуємо вигнуту частину стрижня "U" в найгарячішу частину полум'я, утримуючи за два кінця сталевого стрижня.
Найгарячіша частина полум'я - маленький конус приблизно на половині довжини факела. Переконайтеся, що ви обертаєте стрижень, поки він нагрівається полум'ям, так забезпечується рівномірність розігрівання. У точці найбільшого нагріву починається перебудова атомів заліза, вуглецю і легуючих компонентів.
Коли стрижень, в місці нагріву стане яскраво-оранжевого кольору, вийміть стрижень з полум'я і швидко занурте його в воду всередині ємності, як показано на фотографії (називається "гасіння"). Гасіння зменшує рух атомів, і може бути проілюстровано як "заморожування" атомів стали на новому місці. У цей момент атоми знаходяться в нестійкому положенні.
Повторюємо 3 і 4 кроки з другим сталевим стрижнем.
Візьміть другий сталевий стрижень і загартувати його, нагріваючи факелом протягом 10 секунд. Чи не загартовуйте перший сталевий стрижень! Помістивши його в ємність з водою, виробляємо вторинну загартування або термічний відпустку стали. Це дозволяє атомам металу "розслабитися" і розташуватися в більш стабільному положенні.
Випрямляємо обидва стержня, щоб проілюструвати різницю в механічні властивості. Перший стрижень (стрижень, який не був вдруге загартований), буде дуже крихким і буде ламатися, тому що атоми не перебувають в стабільному положенні.
Другий стрижень, який був вдруге розігрітий і загартований (відпущений), зігнеться, але форма "U" залишиться. Так як цей стрижень був загартований і відпущений, атомам було дозволено "розслабитися" до стабільності, матеріал став міцніше і жорсткіше, не втративши стійкості до деформацій.

Висновки

Даний приклад найпростішої гарту і відпустки низьколегованої вуглецевої сталі показав можливості термічної обробки та її вплив на фізичні властивості металу.
Original article in English