Stahl, den jeder kennt, ist eine Legierung aus Eisen und Kohlenstoff. Reines Eisen ist formbar und weich, sein Anwendungsbereich ist begrenzt. Eine Vielzahl von Stahlprodukten und Stahlprodukten verändert die Härte und Duktilität bei verschiedenen Wärmebehandlungen erheblich:
- Stahlhärten besteht aus Erhitzen auf hohe Temperaturen und schnellem Abkühlen in Öl oder Wasser. Dies führt zu einem starken, aber spröden Stahl.
- Das Tempern von Stahl ist der umgekehrte Prozess, der durch langsames Abkühlen nach dem Erhitzen gekennzeichnet ist.
Durch richtiges Härten und Anlassen des Stahlprodukts erhalten Sie einen "Mittelschliff" oder ein Material mit erhöhter Festigkeit und Härte. Durch die Wärmebehandlung kann sich der Stahl vor dem Brechen verbiegen und nicht spröde brechen, was bei vielen Produkten nützlich sein kann.
Stahl hat Legierungsbestandteile, eine unterschiedliche Zusammensetzung führt dazu, dass Legierungen unterschiedliche Erwärmungszeiten und -temperaturen erfordern können. Sowie verschiedene Methoden (Geschwindigkeit) der Abkühlung.
Materialien und Ausrüstung
Für die Durchführung von Experimenten zum Härten von Stahl benötigen wir:
- Gasbrenner oder Lötlampe;
- zwei Stangen aus Stahl der Güteklasse 1040 (russisches Gegenstück: Art. 40 oder Art. 49G);
- Wassertank zum Aushärten.
Sicherheit:
Bei Heißarbeiten müssen zusätzliche Maßnahmen ergriffen werden, um die richtige Sicherheit zu gewährleisten. Zum Erhitzen von Stahl mit einer offenen Feuerlöschlampe ist persönliche Schutzausrüstung (Handschuhe und Brille) erforderlich. Außerdem werden ein Feuerlöscher, ein Wassereimer und ein Albtraum (Asbestplatte) benötigt.
Stahl abschrecken
Wir prüfen erneut die Verfügbarkeit und Gebrauchstauglichkeit von Feuerlösch- und persönlicher Schutzausrüstung. Erste Schritte:
Biegen Sie unsere Stangen in Form des Buchstabens "U".
Schalten Sie das Gas ein und zünden Sie den Gasbrenner an. Stellen Sie sicher, dass die Taschenlampe von Ihnen weg zeigt. Stellen Sie sicher, dass sich während des Brennens niemand im Umkreis von 1 Meter um die Fackel befindet. Im Notfall einen Feuerlöscher in der Nähe haben.
Wir platzieren den gebogenen Teil des Stabes "U" im heißesten Teil der Flamme und halten die beiden Enden des Stahlstabes.
Der heißeste Teil der Flamme ist ein kleiner Kegel, der etwa halb so lang wie die Fackel ist. Stellen Sie sicher, dass Sie den Stab drehen, während er von der Flamme erwärmt wird. Dies gewährleistet eine gleichmäßige Erwärmung. Am Punkt der größten Erhitzung beginnt die Umstrukturierung der Atome von Eisen, Kohlenstoff und Legierungsbestandteilen.
Wenn der Stab am Ort des Erhitzens eine hellorange Farbe annimmt, nehmen Sie ihn aus der Flamme und tauchen Sie ihn schnell in das Wasser im Behälter, wie auf dem Foto gezeigt ("Extinktion" genannt). Das Löschen reduziert die Bewegung von Atomen und kann als „Einfrieren“ von Stahlatomen an einem neuen Ort dargestellt werden. In diesem Moment befinden sich die Atome in einer instabilen Position.
Wiederholen Sie die Schritte 3 und 4 mit einer zweiten Stahlstange.
Nehmen Sie den zweiten Stahlstab und erhärten Sie ihn, indem Sie ihn 10 Sekunden lang mit einem Brenner erhitzen. Den ersten Stahlstab nicht temperieren! Nachdem wir es in einen Behälter mit Wasser gegeben haben, machen wir ein sekundäres Härten oder thermisches Tempern von Stahl. Dadurch können sich Metallatome „entspannen“ und in einer stabileren Position niederlassen.
Wir richten beide Stangen gerade aus, um den Unterschied in den mechanischen Eigenschaften zu veranschaulichen. Der erste Stab (ein Stab, der nicht sekundär gehärtet wurde) ist sehr spröde und bricht, da sich die Atome nicht in einer stabilen Position befinden.
Der zweite Stab, der ein zweites Mal erwärmt und gehärtet (gelöst) wurde, wird gebogen, aber die „U“ -Form bleibt erhalten. Da dieser Stab gehärtet und angelassen wurde, konnten sich die Atome in einer stabilen Position "entspannen", das Material wurde fester und zäher, ohne dass die Beständigkeit gegen Verformung verloren ging.
Schlussfolgerungen
Dieses Beispiel des einfachsten Abschreckens und Temperns von niedriglegiertem Kohlenstoffstahl zeigte die Möglichkeiten der Wärmebehandlung und deren Auswirkung auf die physikalischen Eigenschaften des Metalls.
