Как закалить сталь - наглядный эксперимент

Привычная всем сталь – это сплав железа и углерода. Чистое железо ковкое и мягкое, область применения его ограничена. Разнообразный стальной прокат и изделия из стали значительно меняют твердость и ковкость при различной термообработке:

Правильная закалка и отпуск стального изделия позволяет получить «золотую середину» или материал с увеличенной прочностью и твердостью. Термическая обработка позволяет стали изгибаться перед разрушением и не ломаться хрупким способом, что может быть полезно во многих изделиях. Сталь имеет легирующие компоненты, различный состав приводит к тому, что сплавы могут требовать различных времен разогрева и температур. А так же различных способов (скорости) охлаждения.

При проведении огневых работ должны быть предприняты дополнительные шаги по обеспечению надлежащей безопасности. Нагрев стали открытым огнем паяльной лампы потребует индивидуальных средств защиты (перчатки и очки). Кроме того потребуется огнетушитель, ведро с водой и кошма (листовой асбест).

Еще раз проверяем наличие и исправность противопожарных и индивидуальных средств защиты. Приступаем к работе: Согнем наши стержни в виде буквы «U».

Включим газ и зажжем газовую горелку. Убедитесь в том, что факел направлен от вас. Убедитесь, что никто другой не находится в пределах 1 метра от факела, пока он горит. Имейте огнетушитель рядом в случае чрезвычайной ситуации.

Самая горячая часть пламени - маленький конус примерно на половине длины факела. Убедитесь, что вы вращаете стержень, пока он нагревается пламенем, так обеспечивается равномерность разогрева. В точке наибольшего нагрева начинается перестройка атомов железа, углерода и легирующих компонентов.

Когда стержень, в месте нагрева станет ярко-оранжевого цвета, выньте стержень из пламени и быстро окуните его в воду внутри емкости, как показано на фотографии (называется «гашение»). Гашение уменьшает движение атомов, и может быть проиллюстрировано как «замораживание» атомов стали на новом месте. В этот момент атомы находятся в неустойчивом положении.

Возьмите второй стальной стержень и закалите его, нагревая факелом в течение 10 секунд. Не закаляйте первый стальной стержень! Поместив его в емкость с водой, производим вторичную закалку или термический отпуск стали. Это позволяет атомам металла «расслабиться» и расположиться в более стабильном положении. Выпрямляем оба стержня, чтобы проиллюстрировать разницу в механических свойствах. Первый стержень (стержень, который не был вторично закален), будет очень хрупким и будет ломаться, так как атомы не находятся в стабильном положении.

Второй стержень, который был вторично разогрет и закален (отпущен), согнется, но форма «U» останется. Так как этот стержень был закален и отпущен, атомам было позволено «расслабиться» до стабильного положения, материал стал прочнее и жестче, не утратив стойкости к деформациям.

Данный пример самой простой закалки и отпуска низколегированной углеродистой стали показал возможности термической обработки и ее влияние на физические свойства металла.