Jak kalit ocel - vizuální experiment

Ocel známá každému je slitina železa a uhlíku. Čisté železo je kujné a měkké, jeho rozsah je omezený. Různé výrobky z oceli a výrobky z oceli významně mění tvrdost a tažnost během různých tepelných zpracování:

  • Kalení oceli spočívá v zahřátí na vysoké teploty a rychlém ochlazení v oleji nebo vodě. Výsledkem je silná, ale křehká ocel.

  • Opouštění oceli je opačný proces, který se po zahřátí vyznačuje pomalým ochlazováním.

Správné kalení a popouštění ocelového produktu vám umožní získat „střední zem“ nebo materiál se zvýšenou pevností a tvrdostí. Tepelné zpracování umožňuje, aby se ocel ohýbala před zlomením a nerozbila se křehkým způsobem, což může být užitečné v mnoha výrobcích.

Ocel má legující složky, odlišné složení vede ke skutečnosti, že slitiny mohou vyžadovat různé doby zahřívání a teploty. Stejně tak různé metody (rychlost) chlazení.

Materiály a zařízení

K provádění experimentů s kalením oceli potřebujeme:

  • plynový hořák nebo hořák;

  • dvě pruty vyrobené z oceli třídy 1040 (ruský protějšek: článek 40 nebo článek 49G);

  • vodní nádrž na kalení.

Bezpečnost:

Při provádění horkých prací je třeba zajistit další bezpečnost, aby byla zajištěna správná bezpečnost. Topná ocel s otevřeným ohněm bude vyžadovat osobní ochranné prostředky (rukavice a brýle). Kromě toho bude vyžadován hasicí přístroj, kbelík vody a noční můra (azbestová plachta).

Kalení oceli

Znovu zkontrolujeme dostupnost a použitelnost hasicího a osobního ochranného vybavení. Začínáme:

Ohněte naše pruty ve tvaru písmene „U“.

Zapněte plyn a zapněte hořák. Ujistěte se, že pochodeň směřuje od vás. Během hoření se ujistěte, že nikdo není v okruhu 1 metru od hořáku. V případě nouze mějte hasicí přístroj.

Zakřivenou část tyče „U“ umístíme do nejteplejší části plamene a oba konce ocelové tyče přidržíme.

Nejžhavější částí plamene je malý kužel o polovině délky hořáku. Zajistěte rovnoměrné zahřívání tyče při zahřívání plamenem. V bodě největšího zahřívání začíná restrukturalizace atomů železa, uhlíku a legujících složek.

Když se tyč v místě zahřívání stane jasně oranžovou barvou, odstraňte tyč z plamene a rychle ji ponořte do vody uvnitř nádoby, jak je vidět na fotografii (tzv. „Vyhynutí“). Kalení snižuje pohyb atomů a lze jej znázornit jako „zmrazující“ atomy oceli na novém místě. V tuto chvíli jsou atomy v nestabilní poloze.

Opakujte kroky 3 a 4 s druhou ocelovou tyčí.

Vezměte druhou ocelovou tyč a vytvrdněte ji zahříváním hořákem po dobu 10 sekund. První ocelovou lištu nezměkčujte! Po jeho umístění do nádoby s vodou provádíme sekundární kalení nebo tepelné kalení oceli. To umožňuje atomům kovů „relaxovat“ a usadit se ve stabilnější poloze.

Narovnáváme obě tyče, abychom ilustrovali rozdíl v mechanických vlastnostech. První tyč (tyč, která nebyla sekundárně vytvrzena) bude velmi křehká a zlomí se, protože atomy nejsou ve stabilní poloze.

Druhá tyč, která byla podruhé znovu zahřátá a vytvrzená (uvolněná), se ohne, ale tvar „U“ zůstane. Protože byla tato tyč vytvrzena a temperována, atomy se mohly „uvolnit“ do stabilní polohy, materiál se stal pevnějším a tvrdším, aniž by ztratil odpor k deformaci.

Závěry

Tento příklad nejjednoduššího kalení a popouštění nízkouhlíkové uhlíkové oceli ukázal možnosti tepelného zpracování a jeho vliv na fyzikální vlastnosti kovu.

Původní článek v angličtině