Como endurecer o aço - um experimento visual

O aço familiar a todos é uma liga de ferro e carbono. O ferro puro é maleável e macio, seu escopo é limitado. Uma variedade de produtos de aço e produtos de aço alteram significativamente a dureza e a ductilidade durante vários tratamentos térmicos:

• O endurecimento do aço consiste em aquecimento a altas temperaturas e resfriamento rápido em óleo ou água. Isso resulta em um aço forte, mas quebradiço.
• A têmpera de aço é o processo oposto, caracterizado por um resfriamento lento após o aquecimento.

O endurecimento e a têmpera adequados do produto de aço permitem obter um "meio termo" ou um material com maior resistência e dureza. O tratamento térmico permite que o aço se dobre antes de quebrar e não quebre de maneira quebradiça, o que pode ser útil em muitos produtos.
O aço possui componentes de liga; uma composição diferente leva ao fato de que as ligas podem exigir diferentes tempos e temperaturas de aquecimento. Bem como vários métodos (velocidade) de refrigeração.

Materiais e equipamentos

Para realizar experimentos de endurecimento de aço, precisamos:

• queimador a gás ou maçarico;
• duas hastes de aço 1040 (homólogo russo: Art. 40 ou Art. 49G);
• tanque de água para endurecer.

Segurança:
Ao realizar trabalhos a quente, devem ser tomadas medidas adicionais para garantir a segurança adequada. O aquecimento do aço com um maçarico de fogo aberto exigirá equipamento de proteção individual (luvas e óculos). Além disso, serão necessários um extintor de incêndio, um balde de água e um pesadelo (amianto em chapa).

Têmpera de aço

Mais uma vez, verificamos a disponibilidade e a manutenção dos equipamentos de combate a incêndio e de proteção individual. Introdução:
Dobre nossas hastes na forma da letra "U".
Ligue o gás e acenda o queimador de gás. Verifique se a tocha está apontando para longe de você. Certifique-se de que ninguém mais esteja a menos de 1 metro da tocha enquanto estiver queimando. Tenha um extintor de incêndio por perto em caso de emergência.
Colocamos a parte curva da haste "U" na parte mais quente da chama, segurando as duas extremidades da haste de aço.
A parte mais quente da chama é um pequeno cone com cerca da metade do comprimento da tocha. Certifique-se de girar a haste enquanto está sendo aquecida pela chama, isso garante um aquecimento uniforme. No ponto de maior aquecimento, começa a reestruturação dos átomos de ferro, carbono e componentes de liga.
Quando a haste, no local de aquecimento, ficar laranja brilhante, remova a haste da chama e mergulhe-a rapidamente na água dentro do recipiente, como mostra a foto (chamada "extinção"). A têmpera reduz o movimento dos átomos e pode ser ilustrada como um "congelamento" de átomos de aço em um novo local. Neste momento, os átomos estão em uma posição instável.
Repita as etapas 3 e 4 com uma segunda barra de aço.
Pegue a segunda haste de aço e endureça-a aquecendo com uma tocha por 10 segundos. Não tempere a primeira barra de aço! Depois de colocá-lo em um recipiente com água, fazemos o endurecimento secundário ou a têmpera térmica do aço. Isso permite que os átomos de metal "relaxem" e se estabeleçam em uma posição mais estável.
Endireitamos as duas hastes para ilustrar a diferença nas propriedades mecânicas. A primeira haste (uma haste que não foi endurecida secundariamente) será muito quebradiça e quebrará, pois os átomos não estão em uma posição estável.
A segunda haste, que foi reaquecida e endurecida (liberada) uma segunda vez, dobrará, mas a forma de “U” permanecerá. Como essa haste foi endurecida e temperada, os átomos foram autorizados a “relaxar” para uma posição estável, o material tornou-se mais forte e mais resistente sem perder a resistência à deformação.

Conclusões

Este exemplo da têmpera e revenimento mais simples do aço carbono de baixa liga mostrou as possibilidades de tratamento térmico e seu efeito nas propriedades físicas do metal.
Artigo original em inglês