วิธีทำให้เหล็กแข็ง - การทดลองด้วยภาพ

เหล็กที่คุ้นเคยคือโลหะผสมของเหล็กและคาร์บอน เหล็กบริสุทธิ์มีความยืดหยุ่นและอ่อนได้ ขอบเขตการใช้งานมีจำกัด เหล็กแผ่นรีดและผลิตภัณฑ์เหล็กกล้าหลายชนิดเปลี่ยนความแข็งและความเหนียวได้อย่างมากด้วยการบำบัดความร้อนที่แตกต่างกัน:

• เหล็กชุบแข็งประกอบด้วยการให้ความร้อนที่อุณหภูมิสูงและการระบายความร้อนอย่างรวดเร็วในน้ำมันหรือน้ำ ทำให้ได้เหล็กที่แข็งแรงแต่เปราะ
  
• เหล็กแบ่งเบาบรรเทาเป็นกระบวนการที่ตรงกันข้าม โดยมีลักษณะการระบายความร้อนช้าหลังการให้ความร้อน

การชุบแข็งและการอบคืนสภาพผลิตภัณฑ์เหล็กที่เหมาะสมช่วยให้คุณได้รับ "ค่าเฉลี่ยสีทอง" หรือวัสดุที่มีความแข็งแรงและความแข็งเพิ่มขึ้น การอบชุบด้วยความร้อนช่วยให้เหล็กโค้งงอได้ก่อนที่จะแตกหัก และไม่แตกหักแบบเปราะ ซึ่งมีประโยชน์ในผลิตภัณฑ์หลายชนิด
เหล็กมีส่วนประกอบที่เป็นโลหะผสม องค์ประกอบที่แตกต่างกันหมายความว่าโลหะผสมอาจต้องใช้เวลาในการทำความร้อนและอุณหภูมิที่แตกต่างกัน ตลอดจนวิธีการทำความเย็นแบบต่างๆ (ความเร็ว)

วัสดุและอุปกรณ์

ในการทำการทดลองการชุบแข็งเหล็ก เราจะต้อง:

• เตาแก๊สหรือเครื่องเป่าลม
  
• แท่งสองอันทำจากเหล็กเกรด 1,040 (เทียบเท่ารัสเซีย: St. 40 หรือ St. 49G)
  
• ภาชนะที่มีน้ำเพื่อชุบแข็ง

ความปลอดภัย:
เมื่อดำเนินงานที่ร้อน จะต้องดำเนินการเพิ่มเติมเพื่อความปลอดภัยที่เพียงพอ การทำความร้อนเหล็กด้วยเปลวไฟจากเครื่องเป่าลมจะต้องใช้อุปกรณ์ป้องกันส่วนบุคคล (ถุงมือและแว่นตา) นอกจากนี้ คุณจะต้องมีถังดับเพลิง ถังน้ำ และสักหลาด (แผ่นใยหิน)

ดำเนินงานชุบแข็งเหล็ก

เราตรวจสอบความพร้อมและความสามารถในการให้บริการของอุปกรณ์ดับเพลิงและอุปกรณ์ป้องกันส่วนบุคคลอีกครั้ง มาเริ่มกันเลย:
งอแท่งของเราให้เป็นรูปตัวอักษร "U"

มาเปิดแก๊สและจุดเตาแก๊สกันเถอะ ตรวจสอบให้แน่ใจว่าคบเพลิงหันหน้าออกจากคุณ ตรวจสอบให้แน่ใจว่าไม่มีใครอยู่ห่างจากคบเพลิงในระยะ 1 เมตร ในขณะที่คบเพลิงกำลังลุกอยู่ มีถังดับเพลิงอยู่ใกล้ๆ ในกรณีฉุกเฉิน

วางส่วนโค้งของแท่งไฟ "U" ไว้ตรงส่วนที่ร้อนที่สุดของเปลวไฟ โดยจับปลายทั้งสองข้างของแท่งเหล็กไว้

ส่วนที่ร้อนที่สุดของเปลวไฟคือกรวยเล็กๆ ประมาณครึ่งทางของเปลวไฟ ตรวจสอบให้แน่ใจว่าคุณหมุนก้านในขณะที่กำลังถูกเปลวไฟให้ความร้อนเพื่อให้แน่ใจว่าจะร้อนสม่ำเสมอ เมื่อถึงจุดที่ให้ความร้อนสูงสุด การปรับโครงสร้างอะตอมของส่วนประกอบของเหล็ก คาร์บอน และอัลลอยด์จะเริ่มต้นขึ้น

เมื่อแท่งไฟเปลี่ยนเป็นสีส้มสดใสเมื่อได้รับความร้อน ให้นำแท่งออกจากเปลวไฟแล้วจุ่มลงในน้ำภายในภาชนะอย่างรวดเร็วดังที่แสดงในภาพ (เรียกว่า "การดับไฟ") การดับจะช่วยลดการเคลื่อนที่ของอะตอม และสามารถอธิบายได้ว่าเป็นการ "แช่แข็ง" ของอะตอมเหล็กในตำแหน่งใหม่ ขณะนี้อะตอมอยู่ในตำแหน่งที่ไม่เสถียร

ทำซ้ำขั้นตอนที่ 3 และ 4 ด้วยแท่งเหล็กอันที่สอง

นำแท่งเหล็กอันที่สองมาชุบแข็งโดยให้ความร้อนด้วยคบเพลิงเป็นเวลา 10 วินาที อย่าทำให้เหล็กเส้นแรกของคุณแข็งตัว! ด้วยการวางไว้ในภาชนะที่มีน้ำ เราจะทำการชุบแข็งขั้นที่สองหรือการแบ่งเบาบรรเทาด้วยความร้อนของเหล็กซึ่งช่วยให้อะตอมของโลหะ "ผ่อนคลาย" และตกลงสู่ตำแหน่งที่มั่นคงยิ่งขึ้น
เรายืดก้านทั้งสองให้ตรงเพื่อแสดงความแตกต่างในคุณสมบัติทางกล ก้านแรก (ก้านที่ยังไม่แข็งตัวเป็นครั้งที่สอง) จะเปราะมากและจะแตกเพราะอะตอมไม่อยู่ในตำแหน่งที่มั่นคง

ก้านอันที่สองซึ่งได้รับการอุ่นและดับแล้ว (เทมเปอร์) จะโค้งงอ แต่รูปร่าง "U" จะยังคงอยู่ เนื่องจากแท่งนี้ถูกดับและปรับสภาพแล้ว อะตอมจึงได้รับอนุญาตให้ "ผ่อนคลาย" เข้าสู่ตำแหน่งที่มั่นคง วัสดุจึงแข็งแรงขึ้นและแข็งขึ้นโดยไม่สูญเสียความต้านทานต่อการเสียรูป

ข้อสรุป

ตัวอย่างของการชุบแข็งและการแบ่งเบาบรรเทาที่ง่ายที่สุดของเหล็กกล้าคาร์บอนผสมต่ำนี้แสดงให้เห็นความเป็นไปได้ของการบำบัดความร้อนและผลกระทบต่อคุณสมบัติทางกายภาพของโลหะ
บทความต้นฉบับเป็นภาษาอังกฤษ