Kaip sukietėti plienas - vizualus eksperimentas

Visiems pažįstamas plienas yra geležies ir anglies lydinys. Gryna geležis yra kaliojo ir minkšto pavidalo, jos apimtis ribota. Įvairūs plieno gaminiai ir plieno gaminiai smarkiai keičia kietumą ir lankstumą atliekant įvairius terminius apdorojimus:

• Plieno kietėjimą sudaro kaitinimas iki aukštų temperatūrų ir greitas aušinimas aliejuje ar vandenyje. Dėl to gaunamas stiprus, bet trapus plienas.
• Plieno grūdinimas yra priešingas procesas, kuriam būdingas lėtas aušinimas po kaitinimo.

Tinkamas plieno gaminio grūdinimas ir grūdinimas leidžia gauti „vidurį“ arba padidinto stiprumo ir kietumo medžiagą. Terminis apdorojimas leidžia plienui sulenkti prieš sulaužant ir nesulaužant trapiai, o tai gali būti naudinga daugelyje gaminių.
Plienas turi legiruojančių komponentų; skirtinga kompozicija lemia, kad lydiniams gali reikėti skirtingo kaitinimo laiko ir temperatūros. Taip pat įvairūs aušinimo būdai (greitis).

Medžiagos ir įranga

Norėdami atlikti plieno kietėjimo eksperimentus, mums reikia:

• dujinis degiklis arba pūtiklis;
• du strypai, pagaminti iš 1040 klasės plieno (Rusijos atitikmuo: 40 arba 49G straipsniai);
• vandens rezervuaras grūdinimui.

Sauga:
Atliekant karštus darbus, reikia užtikrinti papildomus veiksmus, kad būtų užtikrinta tinkama sauga. Šildant plieną su atviru ugnies pūstuvu, reikės asmeninių apsaugos priemonių (pirštinių ir akinių). Be to, reikalingas gesintuvas, kibiras vandens ir košmaras (lakštinis asbestas).

Plieno gesinimas

Dar kartą patikriname, ar nėra gaisro gesinimo ir asmeninių apsaugos priemonių ir ar jos yra tinkamos naudoti. Darbo pradžia:
Sulenkite mūsų strypus raidės „U“ forma.
Įjunkite dujas ir uždekite dujų degiklį. Įsitikinkite, kad žibintuvėlis yra nukreiptas nuo jūsų. Įsitikinkite, kad niekas kitas yra ne toliau kaip 1 metro atstumu nuo degiklio, kol jis dega. Avarijos atveju šalia turėkite gesintuvą.
Mes įdėjome išlenktą strypo "U" dalį į karščiausią liepsnos dalį, laikydami du plieninio strypo galus.
Šilčiausia liepsnos dalis yra mažas kūgis, maždaug pusės degiklio ilgio. Įsitikinkite, kad sukote strypą, kol jį kaitina liepsna, tai užtikrins vienodą kaitinimą. Didžiausio kaitinimo metu prasideda geležies, anglies ir legiruojančių komponentų atomų pertvarkymas.
Kai strypas kaitinimo vietoje tampa ryškiai oranžinės spalvos, nuimkite strypą nuo liepsnos ir greitai panardinkite į indo viduje esantį vandenį, kaip parodyta nuotraukoje (vadinamas „išnykimu“). Užgesinimas sumažina atomų judėjimą ir gali būti iliustruojamas kaip plieno atomų „užšalimas“ naujoje vietoje. Šiuo metu atomai yra nestabilioje padėtyje.
Pakartokite 3 ir 4 veiksmus su antruoju plieniniu strypu.
Paimkite antrąjį plieninį strypą ir sukietinkite jį kaitindami degikliu 10 sekundžių. Negalima grūdinti pirmojo plieno strypo! Įdėję jį į indą su vandeniu, mes padarome plieno antrinį grūdinimą arba terminį grūdinimą. Tai leidžia metalo atomams „atsipalaiduoti“ ir įsitvirtinti stabilesnėje padėtyje.
Mes ištiesiname abu strypus, kad parodytume mechaninių savybių skirtumą. Pirmasis strypas (strypas, kuris nebuvo antriškai sukietėjęs) bus labai trapus ir sulūš, nes atomai nėra stabilioje padėtyje.
Antrasis strypas, kuris antrą kartą buvo pašildytas ir sukietintas (paleistas), sulenks, tačiau „U“ forma išliks. Kadangi šis strypas buvo sukietėjęs ir grūdintas, atomams buvo leista „atsipalaiduoti“ į stabilią padėtį, medžiaga tapo tvirtesnė ir kietesnė neprarandant atsparumo deformacijai.

Išvados

Šis paprasčiausias žemo lydinio anglies plieno atvėsinimo ir grūdinimo pavyzdys parodė terminio apdorojimo galimybes ir jo įtaką fizinėms metalo savybėms.
Originalus straipsnis anglų kalba