Ανόπτηση Βαφή και Επαναφορά

Δύο βασικές έννοιες που έχουν σχέση με τη δημιουργία της κοκκώδους μορφής ενός μετάλλου είναι η ανόπτηση και η βαφή. Πρόκειται για δύο θερμικές κατεργασίες που συνήθως γίνονται κάτω από ελεγχόμενες συνθήκες.

Αλλά, κατά τη συγκόλληση, αυτές γίνονται άθελά μας και επηρεάζουν άμεσα τις μηχανικές ιδιότητες.

Ανόπτηση τι είναι?

Ανόπτηση είναι η θέρμανση ενός μετάλλου σε μία θερμοκρασία τέτοια που να αρχίζει η ανακρυστάλλωσή του. Με την εφαρμογή ενός ελεγχόμενου ρυθμού ψύξης μπορούμε να έχουμε μέταλλο με την επιθυμητή κρυσταλλική δομή και το επιδιωκόμενο μέγεθος κόκκου.

Βαφή

Βαφή είναι η απότομη ψύξη του μετάλλου, η οποία, συνήθως, γίνεται όταν ρίχνουμε το μέταλλο σε νερό. Το αποτέλεσμα είναι να μην υπάρχει χρόνος για την ομαλή ανακρυστάλλωση και να προκύπτει μέταλλο σκληρό, αλλά συγχρόνως εύθραυστο.

Όταν ο ηλεκτροσυγκολλητής, μετά τη συγκόλληση, ρίχνει το καυτό τεμάχιο στο νερό, για να το ψύξει ταχύτερα, του προκαλεί βαφή, δηλαδή το κάνει σκληρό και εύθραυστο. Ένα μεταλλικό τεμάχιο που υπεβλήθη σε βαφή, αν υποστεί αν όπτηση, θα γίνει πάλι ελαστικό, αλλά θα χάσει τη σκληρότητά του.

“Η διαδικασία αυτή ονομάζεται επαναφορά”

Ποιό αναλυτικά η πλήρης ανόπτηση είναι η θέρμανση του χάλυβα για κάποιο ορισμένο χρονικό διάστημα, που πραγματοποιείται συνήθως κατά 40-50°C πάνω από την Α3 για τους υποευτηκτοειδείς χάλυβες ή κατά 40- 50°C πάνω από την Α1 (727°C) για τους υπερευτηκτοειδείς χάλυβες, ακολουθούμενη από ήρεμη ψύξη μέσα στο φούρνο (σχήμα 5.1). Η ψύξη που ακολουθεί είναι πολύ αργή και πραγματοποιείται συνήθως μέσα στο φούρνο.

Στόχος της πλήρους ανοπτήσεως είναι η αποκατάσταση της μικροδομής του χάλυβα, κάτω από συνθήκες ισορροπίας φάσεων, και η βελτίωση της κατεργασιμότητάς του. Πολλές φορές, από σφάλμα, η ανόπτηση πραγματοποιείται σε υψηλές σχετικά θερμοκρασίες (> 1100° C) και παρατηρείται τήξη των ακαθαρσιών στα όρια των κόκκων.

Ο χάλυβας, μετά από αυτή την κατεργασία, λέγεται καμένος και θεωρείται ακατάλληλος για χρήση. Θεραπεία για τον καμένο χάλυβα δεν υπάρχει. Μία άλλη αστοχία, η οποία, όμως, επιδέχεται θεραπεία, είναι η υπερθέρμανση του χάλυβα. Σε αυτή την περίπτωση ο χάλυβας θερμαίνεται σε σχετικά υψηλή θερμοκρασία (όχι τόσο υψηλή, ώστε να καεί) και για πολλή ώρα.

Παρατηρείται δραματική αύξηση του μεγέθους των κόκκων, με αποτέλεσμα το υλικό να θεωρείται υπερβολικά χονδρόκοκκο και άρα και εύθραυστο. Για την άρση του παραπάνω ελαττώματος, απαιτείται θέρμανση του χάλυβα σε θερμοκρασία λίγο μεγαλύτερη από την A3 για μικρό χρονικό διάστημα, και στη συνέχεια ψύξη σε θερμοκρασία περιβάλλοντος.

Η ανόπτηση γίνεται συνήθως σε μέταλλα ή κράματα που έχουν υποστεί ψυχρή έλαση και περιλαμβάνει τρία στάδια:

  1. Αποκατάσταση — Κατά το στάδιο αυτό, το υλικό θερμαίνεται σε θερμοκρασία περίπου ίση με 0,3Τm, όπου Τm η θερμοκρασία τήξης του υλικού. Με την θέρμανση του υλικού, επιτυγχάνεται αναδιοργάνωση και αποδέσμευση των κρυσταλλικών διαταραχών (ατελειών) που προκάλεσε η ενδοτράχυνση. Η πυκνότητα των διαταραχών μειώνεται λίγο με συνέπεια την μικρή μείωση της σκληρότητας και την μικρή βελτίωση της ολκιμότητας του υλικού.
  2. Ανακρυστάλλωση — Κατά την ανακρυστάλλωση, το υλικό θερμαίνεται σε θερμοκρασία υψηλότερη από 0,4Τm. Η υψηλότερη θέρμανση επιτρέπει τον σχηματισμό νέων κόκκων (κρυστάλλων) που έχουν πολύ λίγες διαταραχές και η μικροδομή του υλικού γίνεται πιο σφαιρική. Επίσης, η πυκνότητα των διαταραχών μειώνεται δραστικά (π.χ. από 1015/m2 στις 1010/m2).
  3. Ανάπτυξη των κρυστάλλων — Η αύξηση του μεγέθους των κόκκων (κρυστάλλων) επιτυγχάνεται με διατήρηση του υλικού στην θερμοκρασία ανακρυστάλλωσης για μεγάλο χρόνο. Οι κόκκοι που δημιουργούνται στο στάδιο της ανακρυστάλλωσης αρχίζουν να μεγαλώνουν, καθώς σ’ αυτούς ενσωματώνονται οι μικροί κόκκοι που τους περιβάλλουν. Έτσι, μειώνεται σημαντικά η σκληρότητα του υλικού, αλλά και η αντοχή του.

Η ανόπτηση γίνεται συνήθως σε ατμόσφαιρα αναγωγικού αερίου (H2, CO, κ.ά.) για να μην οξειδωθεί η επιφάνεια του μεταλλικού υλικού. Μεγάλο ρόλο στην ανόπτηση παίζει η διάχυση των ατόμων στην στερεά κατάσταση.

Με την ανόπτηση ένα μεταλλικό υλικό χάνει μεγάλο μέρος της σκληρότητας που απέκτησε με την ενδοτράχυνση και γίνεται πιο αγώγιμο στον ηλεκτρισμό. Επίσης, με την εξάλειψη κρυσταλλικών ατελειών, η πυκνότητα του υλικού αυξάνεται.