Κρυογενική ανακρυστάλλωση

[21 quadra]

ΚΡΥΟΓΕΝΙΚΗ ΑΝΑΚΡΥΣΤΑΛΩΣΗ

ΚΑΙ ΛΙΓΟ ΙΣΤΟΡΙΑ

Η μέθοδος της Κρυογενικής ανακρυστάλλωσης ξεκίνησε την εποχή του ψυχρού πολέμου από Ρώσους ερευνητές.
Στα τέλη της 10ετίας του 1970, όμως εγκατέλειψαν γρήγορα τις προσπάθειες τους και τελικά σταμάτησαν γιατί τα αποτελέσματα που πήραν ήταν πολύ φτωχά. Να πω εδώ ότι δεν πρέπει να ξεχνάμε την εποχή, γιατί αυτό που έλειπε από τους Ρώσους ήταν τα ισχυρά μικροσκόπια και οι υπολογιστές.

Οι έρευνες ξεκίνησαν εκ νέου στην Αμερική τη 10ετία του 1980 από ερευνητικά ιδρύματα και κάποια πανεπιστήμια αφού χρονικά τότε άρχιζε και η εποχή της ευρείας χρήσης των υπολογιστών που βοήθησαν στην εξέλιξη των ισχυρών ηλεκτρονικών μικροσκοπίων, και όχι μόνα σε αυτά αλλά σε όλο το φάσμα των δραστηριοτήτων μας.

Την ίδια εποχή, 1980, ξεκινούν έρευνες και στο Δημόκριτο στο οποίο πρόγραμμα σαν σπουδαστής στο τμήμα μηχανολόγων – μηχανικών συμμετέχει και ο Μάριος Ζίχναλης, από όπου και τα κείμενα του που χρησιμοποιώ εδώ.

Η εξέλιξη της μετέπειτα ιστορίας της Κρυογενικής καταγράφεται στο ενεργητικό των Αμερικανών, το 1966 ο Αμερικανός Edward Busch ο οποίος είχε έντονη δραστηριότητα σε θερμικές κατεργασίες μετάλλων, κατάφερε να δημιουργήσει τον πρώτο Κρυογενικό επεξεργαστή που χρησιμοποιούσε αέριο άζωτο. Έτσι δημιουργήθηκε η Cryo-tech, η πρώτη εταιρεία Κρυογενικής κατεργασίας μετάλλων παγκοσμίως.

Το 1973 ο Ed. Busch σε συνεργασία με τον Dr. Randall Barron, καθηγητή Κρυογενικής στο πανεπιστήμιο της Louisiana, πραγματοποίησαν έρευνα για τα αποτελέσματα της Κρυογενικής σε μεταλλικά αντικείμενα.
Το 1989 ο Pete Paulin εξαγόρασε την τεχνολογία από τον Ed Busch και εξελίσσοντας τον Κρυογενικό επεξεργαστή την βελτίωσε αρκετά.

Ο Pete Paulin εκμεταλλευόμενος τις δυνατότητες που του έδιναν πλέον οι ηλεκτρονικοί υπολογιστές δημιούργησε εξειδικευμένο software, το οποίο μπορούσε πλέον να ελέγχει πλήρως την διαδικασία παρέχοντας πολλές πληροφορίες όσον αφορά το χρόνο και τη θερμοκρασία της Κρυογενικής κατεργασίας.

Το 1999 η νέα εταιρεία του Pete Paulin, ή 300BELOW εξαγόρασε πλήρως την Cryo-tech και έγινε η μεγαλύτερη εταιρεία Κρυογενικής κατεργασίας στον κόσμο. Από το 2000 μέχρι και το 2005 η 300BELOW κατεργάζεται η ίδια στις εγκαταστάσεις της στο Decatur IL πάνω από 2000 τόνους μέταλλο το χρόνο και παγκοσμίως λειτουργούν 180 κρυογενικές εγκαταστάσεις της.

H μέθοδος ασχολείται με την κρυσταλλική δομή του σιδήρου και κάποιων άλλων υλικών, αλλά και με τις δυνατότητες μεταβολής της δομής τους μέσω μίας ειδικής βαθιάς κατάψυξης, με λίγα λόγια τα σιδηρούχα και κάποια άλλα υλικά με τη μέθοδο αυτή αυξάνουν θεαματικά την αντοχή τους.

Με την ευρεία έννοια, Κρυογενική είναι ο κλάδος της φυσικής που μελετά την επίτευξη εξαιρετικά χαμηλών θερμοκρασιών και τη συμπεριφορά υλικών υπό τέτοιες συνθήκες ψύχους.
Πιο συγκεκριμένα σε ότι αφορά την εφαρμογή της στα μέταλλα, πρόκειται για μια σχετικά ανέξοδη και μόνιμη θερμική κατεργασία η οποία εφαρμόζεται άπαξ σε μεταλλικά αντικείμενα και στοιχεία μηχανών τα οποία έχουν ήδη αποκτήσει την τελική, λειτουργική και εμπορική τους μορφή ακριβώς πριν τη συναρμολόγησή τους.

Αποτελεί δε μια πρόσθετη κατεργασία, πέρα από τις συμβατικές θερμικές κατεργασίες και επιδρά σε ολόκληρο το τεμάχιο μετατρέποντας σχεδόν ολοκληρωτικά τον Ωστενίτη σε Μαρτενσίτη, αντίθετα με άλλες επιφανειακές κατεργασίες που η μετατροπή του χάλυβα είναι περίπου στο 50%.
Σύμφωνα με αυτή τη μέθοδο, μεταλλικά τεμάχια ψύχονται σε Κρυογενικές θερμοκρασίες, -190 c ακολουθώντας έναν ειδικά σχεδιασμένο κατά περίπτωση θερμοδυναμικό κύκλο, παραμένουν στη θερμοκρασία αυτή για προκαθορισμένο χρόνο και έπειτα επανέρχονται σε θερμοκρασία περιβάλλοντος μέσα από συγκεκριμένη διαδικασία πλήρως ελεγχόμενη.

Αποτέλεσμα αυτής της κατεργασίας είναι η βελτίωση των φυσικών και μηχανικών ιδιοτήτων των μετάλλων και κατ’ επέκταση η αύξηση του χρόνου της ζωής των αντικειμένων.

Όπως ήδη είπα, ή Κρυογενική κατεργασία εφαρμόζεται μια μόνον φορά και τα αποτελέσματά της διαρκούν μέχρι το τέλος της ζωής του αντικειμένου γιατί η κατεργασία αυτή επιδρά στη δομή του κρυσταλλικού πλέγματος, αλλάζοντας τη κατά τέτοιο τρόπο ώστε να βελτιώνει τις ιδιότητες του υλικού.

Στη βιβλιογραφία γίνεται μια διάκριση των Κρυογενικών θερμοκρασιών σε δυο κατηγορίες. Η πρώτη αναφέρεται σε θερμοκρασίες γύρω από τους 189Κ (-84 °C) αυτή η διαδικασία ονομάζεται Κρυογενική κατεργασία, ενώ η δεύτερη που μας αφορά, σε θερμοκρασίες γύρω από τους 77Κ (-196 °C) και τότε η διαδικασία ονομάζεται βαθεία Κρυογενική κατεργασία.

Τώρα αν αναρωτιέστε γιατί η έρευνα δεν προχώρησε και δεν εξαπλώθηκε γρήγορα, οφείλετε στο γεγονός που προείπα, ότι δηλαδή δεν υπήρχαν ισχυρά μικροσκόπια οπότε τα όποια αποτελέσματα τα έπαιρναν μετά από χρήση των υλικών, αυτό ήταν και δύσκολο και χρονοβόρο.

Άλλο μεγάλο πρόβλημα ήταν το μεγάλο κόστος της μεθόδου που την καθιστούσε απαγορευτική. Αυτοί οι δύο περιοριστικοί παράγοντες έχουν πια εκλείψει, οπότε το ενδιαφέρον για την Κρυογενική ανακρυστάλλωση είναι μεγάλο.

Η γνώση ότι όλα τα μέταλλα δεν είναι ίδια υπήρχε πριν ακόμα από την 1η βιομηχανική επανάσταση. Μετά ανακάλυψαν ότι δύο κομμάτια από το ίδιο μέταλλο δεν είναι ίδια αν έχουν υποστεί ορισμένες ειδικές επεξεργασίες κατά περίπτωση, και κάπως έτσι από πολύ νωρίς ανακάλυψαν ότι αυτό που αλλάζει θεαματικά τη συμπεριφορά των μετάλλων είναι η μεταβολή της δομής τους εξαιτίας της θερμοκρασίας.

Από εκείνη την εποχή μέχρι σήμερα έχουν γίνει τεράστια βήματα, άλματα και πραγματικά θαύματα στον τομέα των θερμικών κατεργασιών της μεταλλουργίας. Και ακριβώς επειδή είναι τόσες πολλές οι εφαρμογές τους, η μεταλλουργία έγινε ξεχωριστή επιστήμη και η τεχνολογία των υλικών έδωσε τεράστια ώθηση στη Μηχανολογία, την Ιατρική, και σε πολλούς άλλους τομείς που υπάρχουν μέταλλα.

Το μέταλλο όμως που ξεχωρίζει για την αντοχή του και την εξαιρετική σχέση κόστους / αντοχή, είναι ο λόγος που ο χάλυβας έχει δεσπόζουσα θέση στις κατασκευές μας. Το ενδιαφέρον σημείο όμως το γεγονός ότι ο χάλυβας παρουσιάζει μια εξ ίσου θεματική βελτίωση των ιδιοτήτων του μετά την κατεργασία της βαθιάς κατάψυξης.

ΣΑΝ ΠΑΡΑΜΥΘΙ

Πρίν δούμε τι ακριβώς είναι η Κρυογενική και ειδικά η Κρυογενική ανακρυστάλωση, θα πρέπει πρώτα να δούμε τι είναι το βασικότερο μέταλλο που μας ενδιαφέρει εδώ και να καταλάβουμε με λίγα απλά λόγια τη δομή του και πως αυτή αλλάζει όταν θερμαίνεται, υπερθερμαίνεται, ή ψύχεται, ας το δούμε έτσι απλά, σαν μια αφήγηση, σαν ένα τεχνικό παραμύθι.

Ο χάλυβας, γιατί περί αυτού πρόκειται, σαν υλικό είναι το πλέον χρησιμοποιούμενο στα αυτοκίνητο μας, ειδικά στα μέρη του που μας αφορούν εδώ, όπως είναι τα μέρη του κινητήρα, της μετάδοσης αλλά και των φρένων που εμένα με απασχολεί ειδικά. Και δεν είναι μόνο ο χάλυβας βέβαια είναι και το αλουμίνιο και άλλα δευτερεύοντα υλικά που θα δούμε στην πορεία.

Βέβαια δεν θα προχωρήσω σε αναλύσεις που άπτονται της επιστήμης της μεταλλουργίας καθώς δεν είμαι μεταλλουργός, και βέβαια δεν διεκδικώ το αλάθητο, αλλά μπορώ να πω ότι ο χάλυβας είναι κράμα σιδήρου και άνθρακα. Επίσης είναι γνωστό ότι υπάρχουν πολλά είδη χαλύβων τα οποία με προσμίξεις άλλων υλικών όπως Μαγγάνιο, Μολυβδαίνιο, Πυρίτιο, Χρώμιο, Βανάδιο, και άλλα, αποκτούν ιδιαίτερα χαρακτηριστικά και ιδιότητες.

Οι βασικοί χάλυβες που περιέχουν άνθρακα σε ποσοστά 0.01% μέχρι και 1.5%, είναι η κατηγορία των χαλύβων που καλύπτουν το μεγαλύτερο φάσμα των καθημερινών εφαρμογών αποτελώντας μια εκτεταμένη βάση για να κατανοήσουμε στη συνέχεια τα κρυογενικά φαινόμενα.

Εδώ να αναφέρω ότι οι χάλυβες όπως και όλα τα μέταλλα, δεν έχουν την ίδια δομή με τις υπόλοιπες φυσικές ουσίες, των απλών μορίων με ηλεκτρόνια, πρωτόνια κλπ. Τα μέταλλα χαρακτηρίζονται από σύνθετους σχηματισμούς οι οποίοι δομούν την ύλη τους, με τα θετικά ιόντα του κάθε στοιχείου να βρίσκονται διατεταγμένα σε αυστηρά καθορισμένες θέσεις δημιουργώντας ένα κρυσταλλικό πλέγμα στο εσωτερικό του οποίου υπό τη μορφή νέφους, κινούνται ελεύθερα τα ηλεκτρόνια.

Η ιδιαίτερη αυτή δομή των μετάλλων τους προσδίδει και τις χαρακτηριστικές τους ιδιότητες, τη θερμική, την ηλεκτρική τους αγωγιμότητα, τη λάμψη τους κ.α.
Δηλαδή ο χάλυβας είναι ένα προϊόν, ένα κράμα σιδήρου και άνθρακα με την ανάμιξη ενός μετάλλου όπως είναι ο σίδηρος, με μια οργανική ουσία όπως είναι ο άνθρακας, η ανάμιξη αυτή γίνεται σε πολύ υψηλή θερμοκρασία.

Στην περίπτωση των χαλύβων, η ανάμιξη των συστατικών δημιουργεί ένα τελικό μίγμα το οποίο όταν κρυώσει διατηρεί τα συστατικά του διαλυμένα το ένα μέσα στο άλλο, τα οποία δεν μπορούν να διαχωριστούν μα ούτε και να εντοπιστούν με γυμνό μάτι, το στερεό μίγμα το ονομάζουμε στερεό διάλυμα.

Επειδή τα στοιχεία του άνθρακα παρεμβάλλονται μεταξύ των ατόμων του σιδήρου στο κρυσταλλικό πλέγμα, κάνουμε λόγο για στερεό διάλυμα, η παρεμβολή αυτή είναι συνήθως ακανόνιστη και ανάλογα με τη θερμοκρασία σχηματισμού το διάλυμα ονομάζεται Φερρίτης ή Ωστενίτης και η βασική τους διαφορά είναι στην περιεκτικότητα τους σε άνθρακα.

Ο Φερρίτης δημιουργείται σε θερμοκρασία χαμηλότερη από τους 723 Κελσίου, έχει πολύ μικρή περιεκτικότητα σε άνθρακα, περίπου 0.03% και οι μηχανικές τους ιδιότητες μοιάζουν πολύ με του καθαρού σιδήρου.

Ο Ωστενίτης δημιουργείται σε θερμοκρασίες από 723 έως και 1400 Κελσίου έχοντας περιεκτικότητα άνθρακα περίπου 2% που του προσδίδουν ιδιότητες κατά πολύ ανώτερες από του Φερρίτη.

Άρα λοιπόν οι ιδιότητες των χαλύβων εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από δύο βασικά στοιχεία.

1. Την περιεκτικότητα τους σε άνθρακα.
2. Την κατανομή του άνθρακα στη μάζα του αντικειμένου.

Οι χάλυβες έχουν την ιδιότητα να μπορούν να βελτιωθούν, έτσι έχουν αναπτυχθεί ορισμένες κατεργασίες που τις ονομάζουμε θερμικές κατεργασίες οι οποίες με την εφαρμογή τους στοχεύουν στην ελεγχόμενη μεταβολή των χαρακτηριστικών των χαλύβων.

ΘΕΡΜΙΚΕΣ ΚΑΤΕΡΓΑΣΙΕΣ

Η πιο κλασική είναι αυτή του σιδερά που πυρώνει ένα κομμάτι σίδερο στη φωτιά μέχρι αυτό να ερυθροπυρώσει και στη συνέχεια το βουτάει σε ένα κουβά με νερό. Είναι η αρχαιότερη μέθοδος βελτίωσης ( βαφής ) χάλυβα, και συνάμα η βασικότερη θερμική κατεργασία.

Σύμφωνα με τη θεωρία της βαφής ( σκλήρυνσης ) του χάλυβα, αυτή είναι η απλούστερη μορφή δημιουργίας Ωστενιτικού στερεού διαλύματος το οποίο είναι σχετικά σταθερό στη θερμοκρασία περιβάλλοντος. Με τη θέρμανση του μετάλλου, άτομα άνθρακα παρεμβάλλονται στο κρυσταλλικό πλέγμα του σιδήρου το οποίο με την υψηλή θερμοκρασία έχει χαλαρώσει σχηματίζοντας έτσι το Ωστενιτικό στερεό διάλυμα.

Η απότομη ψύξη του μετάλλου επαναφέρει ταχύτατα το κρυσταλλικό πλέγμα στην αρχική του κατάσταση εγκλωβίζοντας με αυτό τον τρόπο τα άτομα του άνθρακα που είχαν εισχωρήσει σε αυτό.

Το αποτέλεσμα αυτής της διαδικασίας, της Θερμικής Επεξεργασίας, είναι η αύξηση της σκληρότητας του χάλυβα που όμως μειώνει ταυτόχρονα και την πλαστικότητα του. Έτσι δημιουργούνται αντικείμενα υψηλής σκληρότητας τα οποία όμως λόγω της ευθραυστότητα τους στην ουσία είναι άχρηστα για βιομηχανική χρήση.

Η βασική αιτία που κάνει τόσο εύθραυστο τον βαμμένο χάλυβα είναι η ασταθής φύση του Ωστενίτη όταν αυτός βρίσκεται σε θερμοκρασία περιβάλλοντος, την λύση μας την προσφέρει η Θερμική κατεργασίας της Επαναφοράς.

H Θερμική επαναφορά γίνεται μετά τη βαφή ( σκλήρυνση ) και συνίσταται στην αναθέρμανση του βαμμένου χάλυβα μέχρι μια ορισμένη θερμοκρασία, η οποία είναι ανάλογη της περιεκτικότητας του χάλυβα σε άνθρακα, η θερμοκρασία αυτή παραμένει μέχρι να θερμανθεί ολοκληρωτικά και ομοιόμορφα ολόκληρη η μάζα του χάλυβα, και τέλος η αργή ψύξη του χάλυβα έως τη θερμοκρασία περιβάλλοντος.

Αυτή η διαδικασία ( Θερμική επαναφορά ) επιτρέπει τη μετατροπή του ασταθούς Ωστενίτη, σε μια πολύ ποιο σταθερή που ονομάζεται Μαρτενσίτης. Στη διάρκεια της σταδιακής μείωσης της θερμοκρασίας του χάλυβα ο Ωστενίτης μετατρέπεται σε Μαρτενσίτη τόσο στην επιφάνεια του αντικειμένου, όσο και στο εσωτερικό του.

Εντάξει, δεν είναι εύκολο να θυμόμαστε αυτές τις ονομασίες αφού δεν είναι η καθημερινότητα μας, να θυμόμαστε όμως ότι το ζητούμενο για την αύξηση της αντοχής του χάλυβα είναι ο Μαρτενσίτης.

Μειώνοντας τη θερμοκρασία του χάλυβα κατά την επαναφορά του μέχρι τους 25 κελσίου, αυτή σταματά αυτόματα αλλά δεν έχει μετατραπεί ολόκληρη η ποσότητα του Ωστενίτη σε Μαρτενσίτη, παρατηρούμε όμως το φαινόμενο είναι περισσότερο έντονο σε χάλυβες που περιέχουν άνθρακα σε ποσοστό μεγαλύτερο από 0.8%.

Μελέτες που έγιναν μας έδειξαν ότι όταν ένα χαλύβδινο αντικείμενο με περιεκτικότητα άνθρακα περισσότερο από 0.8% υποστεί σε βαφή και επαναφορά, περίπου το 50% της ποσότητας του Ωστενίτη δεν μπόρεσε να μετατραπεί σε Μαρτενσίτη, αυτό στην πράξη σημαίνει ότι τα αντικείμενα μετά την θερμική επαναφορά απέκτησαν μεν καλύτερες μηχανικές ιδιότητες σε σχέση με την απλή βαφή, ωστόσο διατηρήθηκε σε μεγάλο βαθμό η ευθραυστότητα τους και η μικρή τους αντοχή στην κάμψη.

Αποδείχθηκε λοιπόν ότι όλα αυτά τα χρόνια χρησιμοποιούμε χάλυβες που είχαν δεσμευμένη τη μισή ποσότητα του άνθρακα τους σε Ωστενιτική μορφή.
Βρέθηκε όμως λύση από την επιστήμη της τεχνολογίας των υλικών, ποια είναι όμως αυτή, και τι διαφορετικό έχει να προσφέρει στην επεξεργασία του χάλυβα ?

Κρυογενική Ανακρυστάλλωση
( ή…….. μετά το φούρνο, στο ψυγείο ! )

Mέχρι την εφαρμογή της, η ψύξη του χάλυβα κατά τη θερμική του επαναφορά σταματούσε μόλις έφτανε σε θερμοκρασία περιβάλλοντος και προφανώς ικανοποιημένοι από το μέχρι τότε αποτέλεσμα δεν υπήρχε περαιτέρω ψάξιμο που να αφορά την επιπλέον βελτίωση του χάλυβα.

Θα έπρεπε η λογική σκέψη να είναι ότι αφού μέχρι τη θερμοκρασία περιβάλλοντος είχαμε αυτό το ικανοποιητικό αποτέλεσμα, μήπως με την ψύξη του σε ακόμα χαμηλότερη θερμοκρασία παίρναμε άλλο αποτέλεσμα που θα επέτρεπε την μετατροπή σε ακόμα μεγαλύτερο ποσοστό του Ωστενίτη σε Μαρτενσίτη ?

Κάποιος λοιπόν το σκέφτηκε, το δοκίμασε και τα αποτελέσματα ήταν ικανοποιητικά σε 1η φάση, και άρχισε ένας Γολγοθάς να καταφέρει να πείσει και τους υπόλοιπους. Τα αποτελέσματα των αρχικών πειραμάτων έδειξαν ότι αν η διαδικασία της ψύξης του χάλυβα επεκταθεί μέχρι τους -190c τότε η μάζα του αποκτά στο σύνολο της Μαρτενσιτική δομή.

Είναι προφανές ότι επετεύχθη το ζητούμενο που είναι η ολική αλλαγή της δομής του χάλυβα από Ωστενίτη σε Μαρτενσίτη, δηλαδή η μηχανικές ιδιότητες του είναι κατά πολύ ανώτερες από οποιαδήποτε θερμική κατεργασία χρησιμοποιούνταν έως τώρα, όταν μετά την θερμική επεξεργασία ο χάλυβας υποστεί θερμική κατεργασία βαθιάς κατάψυξης.

Η θερμική αυτή κατεργασία ονομάζεται Κρυογενική ανακρυστάλλωση ή Κρυογενική κατεργασία.
Όμως τα σύγχρονα μέσα παρατήρησης, μας βοήθησαν να εντοπίσουμε και άλλα ελαττώματα εκτός της μερικής μετατροπής του Ωστενίτη σε Μαρτενσίτη που παρουσίαζε η κλασσική θερμική κατεργασία, τα οποία εξαλείφονταν με τη μέθοδο της Κρυογενικής ανακρυστάλλωσης.

Κατά τη διάρκεια της Μαρτενσιτικής μετατροπής, ένα μικρό ποσοστό ελεύθερων ατόμων άνθρακα απεγκλωβίζεται από το κρυσταλλικό πλέγμα του μετάλλου και δεν συμμετέχει στο στερεό διάλυμα. Επιπλέον κατά τη διάρκεια της δημιουργίας του Μαρτενσίτη αναπτύσσονται εσωτερικές δυνάμεις που ωθούν τα ελεύθερα αυτά άτομα, τα οποία συνενώνονται υπό πίεση και δημιουργούν μικρούς θύλακες άνθρακα.

Οι ανομοιογενείς αυτές συγκεντρώσεις άνθρακα, καταστρέφουν τοπικά την ομοιομορφία του Κρυσταλλικού πλέγματος και γίνονται αιτία υψηλής σκληρότητας και ευθραυστότητας των βαμμένων χαλύβων. Επίσης αυτές οι εσωτερικές τάσεις παραμένουν και μετά την αποκατάσταση σε θερμοκρασία περιβάλλοντος επιβαρύνοντας ιδιαίτερα την κρυσταλλική του δομή.

Επίσης κατά τη διάρκεια της ψύξης παρατηρείται η δημιουργία καρβιδίων από τα ελεύθερα άτομα άνθρακα τα οποία επίσης καλύπτουν τα μικροκενά που έχουν δημιουργηθεί, κυρίως κατά τη χύτευση του μετάλλου. Τα καρβίδια έχουν τη δυνατότητα να ενώνουν πλέον με πολύ ισχυρούς δεσμούς το νέο Μαρτενσιτικό πλέγμα που έχει δημιουργηθεί.

Ταυτόχρονα με τη μεταβολή που δημιουργείται στη κρυσταλλική δομή, και επειδή οι συστολές και διαστολές που συμβαίνουν γίνονται ομοιόμορφα σε όλο το τεμάχιο, εκτονώνονται οι όποιες τάσεις υπήρχαν στο αντικείμενο εξαιτίας των προηγούμενων κατεργασιών που είχε υποστεί.

Με άλλα λόγια, πριν την Κρυογενική επεξεργασία όσο περισσότερες και μεγαλύτερης ισχύος είναι οι εσωτερικές συσσωρευμένες τάσεις, τόσο φτωχότερη είναι τελικά η μηχανική συμπεριφορά του μεταλλικού αντικειμένου, που όπως είδαμε όμως, η εκτόνωσή τους επιφέρει δραματικές αλλαγές υπέρ της αντοχής του αντικειμένου.

Μετά από εξέταση των δειγμάτων από χάλυβες που είχαν υποστεί σε Κρυογενική επεξεργασία, φάνηκε ότι ενώ το συνολικό ποσοστό ελεύθερου άνθρακα παρέμεινε σταθερό ( πρίν και μετά τη βαθιά κατάψυξη ) τα ελεύθερα άτομα άνθρακα μετά την Κρυογενική επεξεργασία ήταν ομοιόμορφα κατανεμημένα στη μάζα του αντικειμένου, ενώ οι συσσωματώσεις άνθρακα ήταν σχεδόν ανύπαρκτες.

Το αποτέλεσμα είναι η σχεδόν πλήρης συνοχή της αρχικής γεωμετρίας του κρυσταλλικού πλέγματος, οπότε η μηχανική συμπεριφορά του χάλυβα είναι πολύ καλλίτερη ενώ η δυσθραυστότητά του αυξάνεται θεαματικά.

Αυτό συμβαίνει γιατί η πολλή χαμηλή θερμοκρασία εξασθενεί τους δεσμούς μεταξύ των ατόμων άνθρακα με αποτέλεσμα να μην επιτρέπει συσσωματώσεις, κάτι που επιτρέπει στα άτομα του άνθρακα να διαχυθούν στο χώρο.

Εντάξει δεν είναι όλα εύκολα και απλά όπως ακούγονται, και για να υπάρξουν τα πολύ καλά και θεαματικά αποτελέσματα που μπορεί να δώσει η μέθοδος αυτή πρέπει να εφαρμοστεί σωστά, το βασικότερο είναι ο λόγος θερμοκρασίας χρόνου και επαναφοράς στη θερμοκρασία περιβάλλοντος.

ΤΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΤΗΣ ΜΕΘΟΔΟΥ
- Αυξημένη αντίσταση στην κόπωση της συνεχούς καταπόνησης.
- Αυξημένη αντοχή μετάλλου στην επιφανειακή τριβή.
- Αύξηση της σκληρότητας αλλά και της δυσθραυστότητας.
- Σχεδόν πλήρη μετατροπή του Ωστενίτη σε Μαρτενσίτη.
- Αύξηση της ικανότητας απορρόφησης κραδασμών.
- Αυξημένη ηλεκτρική αγωγιμότητα.
- Αυξημένη θερμική αγωγιμότητα.
- Αυξημένη αντοχή στην παραμόρφωση που προκαλούν οι έντονες θερμικές και μηχανικές καταπονήσεις.

Έγκυρες μετρήσεις από Αμερικάνικα τεχνολογικά ιδρύματα σε τεμάχια που έγινε σε αυτά Κρυογενική κατεργασία έδωσαν αύξηση στα παραπάνω αποτελέσματα από 110% έως 818% .

Να επισημάνω ότι η Κρυογενική επεξεργασία δεν είναι επιφανειακή κατεργασία, αλλά είναι μία κατεργασία που επιδρά σε όλη τη μάζα του αντικειμένου και μετά την Κρυογενική επεξεργασία μπορεί να πραγματοποιηθεί οποιαδήποτε μηχανουργική κατεργασία.

Επίσης η Κρυογενική κατεργασία δεν αφορά μόνο τους χάλυβες , έχει αποδειχτεί πειραματικά ότι βελτιώνονται οι ιδιότητες του χαλκού, του τιτανίου, του αργύρου, του αλουμινίου, του μπρούντζου, όλων των χαλύβων και πολλών άλλων μετάλλων. Επίσης διάφορα πλαστικά παρουσιάζουν σημαντικές αλλαγές στις ιδιότητές τους όταν υποστούν Κρυογενική επεξεργασία.

Συγκεκριμένα σε ότι αφορά την εφαρμογή της στα μέταλλα, πρόκειται για μια ανέξοδη, μόνιμη, θερμική κατεργασία η οποία εφαρμόζεται άπαξ σε μεταλλικά αντικείμενα και στοιχεία μηχανών τα οποία έχουν ήδη αποκτήσει την τελική, λειτουργική και εμπορική τους μορφή ακριβώς πριν τη συναρμολόγησή τους.

Αποτελεί μια πρόσθετη κατεργασία, πέρα από τις συμβατικές θερμικές κατεργασίες και επιδρά σε ολόκληρο το τεμάχιο αντίθετα με άλλες επιφανειακές κατεργασίες.

Προσαρμογή κειμένου από μια δημοσίευση εργασίας του Μάριου Ζίχναλη, Μηχανολόγου – Μηχανικού, και της Διπλωματικής εργασίας της Ευθυμίας Χατζούλη, Μηχανολόγου – Μηχανικού του ΕΜΠ, που αφορά την Μελέτη Ιδιοτήτων Εργαλειοχαλύβων μετά από Κρυογενική Κατεργασία.

Αλλά και των προσωπικών μου εμπειριών από την 3ετή παραμονή μου στα Χυτήρια Ηπείρου με αντικείμενο τα χυτά ακριβείας με τη μέθοδο του χαμένου κεριού ( Lost Wax ή Investment castings ) με πελάτες τις μεγαλύτερες αεροδιαστημικές εταιρίες της Ευρώπης και Αμερικής.

21 quadra

[reselie-206]

Ωραίος!

---

[OnyX]

Καλο παλιο αρθρο...υπηρχε μια εταιρεια στην Αθηνα πριν χρονια που εκανε ανακρυσταλωσεις με αυτη τη μεθοδο αλλα εκλεισε...επισης η κρυογεννεση αφορα μονο καινουρια εξαρτηματα και οχι "δουλεμενα"

---

[geo106xs]

Πολυ ωραιο αρθρο!

[21 quadra]

[MEMsound]

[21 quadra]

Σαν συνέχεια του προηγούμενου κειμένου και για να ξεφύγουμε λίγο από τη θεωρία και να δούμε πρακτικά τι είναι όλα αυτά, απλά για μια καλύτερη κατανόηση, θέλω να προσθέσω ορισμένα πρακτικά δείγματα της δικής μας αυτοκινητιστικής καθημερινότητας που όλοι άλλος λίγο, άλλος πολύ, αντιμετωπίσαμε περνώντας στο ντούκου την κάθε περίπτωση αφού αλλάζουμε το ανταλλακτικό και συνεχίζουμε.

Έβαλα στον τόρνο ένα βολάν και δίσκους για να φανούν καθαρά τα όποια hot spots είχαν δημιουργηθεί από τις τοπικές υπερθερμάνσεις, τώρα με φωτό θα δείξω πως φαίνονται τα κατεστραμμένα ανταλλακτικά που όλοι τα αντιλαμβανόμαστε σαν τρέμουλο στο τιμόνι ή στο πεντάλ του συμπλέκτη, αφού στο κείμενο εξηγήθηκε με ποιόν τρόπο ο Ωστενίτης γίνεται Μαρτενσίτης, δηλαδή ατσαλώνει πολύ το μέταλλο μέχρι του σημείου να μην το πιάνουν τα κοπτικά εργαλεία του τόρνου και της φρέζας.

Στην πρώτη φωτό βλέπουμε βολάν από μοτέρ Renault Clio 172 το οποίο αν και πέρασε από τον τόρνο τα σημάδια που βλέπετε λέγονται hot spots και είναι τοπικές Μαρτενσιτικές σκληρύνσεις στο Ωστενιτικό υλικό του πλατό, αφού λοιπόν είδαμε ότι ο σχηματισμός του Μαρτενσίτη γίνεται μετά τους 723 c, σημαίνει ότι το πλατό και οι δίσκοι στιγμιαία πέρασαν αυτές τις θερμοκρασίες, όσο περισσότερο παρέμεναν αυτές, τόσο μεγαλύτερα θα γίνονταν τα hot spots, πως εξελίσσεται το φαινόμενο συναρτήσει της θερμοκρασίας, φαίνεται στην τελευταία φωτό, που είναι ραδιοθερμική, σε κάθε φωτό αναφέρεται και ο χρόνος σε δευτερόλεπτα.

Στις υπόλοιπες φωτό θα δείτε τους δίσκους από Megane turbo 225 το οποίο είναι 300 ΗΡ, και οι δίσκοι είχαν κάνει μόνο 1 track day και λίγες χιλιάδες χλμ, δείτε πως έχουν γίνει, επειδή δεν είχαν φαγωθεί και έπερνε στο συνολικό τους πάχος να τους καθαρίσουμε, όταν μπήκαν στον τόρνο φάνηκε ένα φαινόμενο που δεν είχα ξαναδεί, τα hot spots ( σκιές σε αυτή την περίπτωση ) είναι δίπλα και παράλληλα σε κάθε χαραγή που είχαν κάνει στους δίσκους όταν ήταν ακόμα καινούργιοι. Δεν τις έκανα εγώ, και δεν ξέρω με ποιό τρόπο έγιναν, αν όμως έχουν γίνει με Lazer και προυπήρχαν τοπικές υπερθερμάνσεις από το χάραγμα, ίσως να είναι μία εξήγηση αυτή. Φαίνονται σαν τραντάγματα, αλλά είναι τοπικές σκληρύνσεις ( τοπικά ατσαλώματα ) γιατί δεν τις πιάνει το κοπτικό εργαλεία.


print screen windows xp


screen shot on a pc


image upload no registration


image hosting 15mb


image hosting over 2mb


image

Aλλά και εδώ τα σημάδια ( σκιές ) που θα δείτε στους δίσκους είναι όλα hot spots τα οποία φαίνονται από το χρώμα και το σχήμα, όσο δε πιο αραιά είναι τα κανάλια της βάνας του δίσκου ( κανάλια αερισμού ) τόσο μεγαλύτερο μέγεθος έχουν τα θερμά σημεία που έχουν δημιουργηθεί. Όταν έχουμε hot spots στην επιφάνεια της δισκόπλακας ( γίνονται μόνο από υπερθέρμανση ) η επιφάνεια παύει να είναι ομαλή και κατσαρώνει, τότε τρέμει το πεντάλ του φρένου και έχουμε τρέμουλο όλου του μπροστινού συστήματος και θόρυβο.

[OnyX]

[21 quadra]

Αν θυμάσαι, που είναι δύσκολο γιατί είναι κάποια χρόνια πρίν, το μεγαλύτερο μέρος του κειμένου αν όχι όλο του Πεχλιβάνογλου, είναι από το κείμενο του Ζίχναλη, σαν περιοδικό δεν το ανέφεραν, δεν ξέρω αν είχανε αυτό το δικαίωμα ( της μη αναφοράς στο όνομα του, αναφέρουν μια βιβλιογραφία που είναι μεν σχετική με το αντικείμενο της μεταλλουργίας, αλλά άσχετη με το κείμενο του περιοδικού) εγώ σεβόμενος τη δουλειά του Ζίχναλη και της Χατζούλη το λιγότερο που θα μπορούσα να κάνω είναι να τους αναφέρω και να τους ευχαριστήσω που ανεβάζουν τις εργασίες τους, αυτοί και άλλοι, για να μας ανοίγουν τα μάτια.

Γιατί η γνώση είναι δανεική και πρέπει να μεταδίδεται, αυτό μου έμαθαν οι δάσκαλοί μου και οι μάστορές μου και προσπαθώ να το τηρώ.

[OnyX]