Velkommen til min blogg som fungerer som et oppbevaringssted og oversikt over gamle, nåværende og fremtidige prosjekter i forbindelse med skole og utdanning.

Den er i første omgang ment som et samlingsted for alle mine logger, rapporter og journaler; og serverer dem i lettlest kronologisk rekkefølge.

Lett krydret med personlige innlegg om meg og min vandring gjennom en nokså merkverdig verden.

Legal disclaimer: Several images and other resources within this site have been shamelessly scavenged from the internet without permission. Their use is solely for personal education and no infringement on anyone's copyrights or the like is intended.

If you feel your material has been used wrongly on this site, please send an email to me and the offending material will be removed. See "contact" for contact info.

December 15, 2019

Stål: Herding og varmebehandling

December 15, 2019/ Jørgen Jansen

Av alle de ting vi kan gjøre med stål, er herding desidert det viktigste og mest nyttige. Men ytterligere varmebehandling er vel så viktig.

Som vi nå har forstått så er en finere kornstruktur, med mye fastlåst karbon, hardere - og dette oppnår vi ved å herde stålet, med andre ord, bråkjøle det. Men det er ikke nødvendigvis sterkere.

På samme måte som glass, hvor det bygges opp sterke spenninger i materialet dersom det ikke kjøles sakte ned, vil et martensittisk stål være svært anspent og ha lyst til å bryte seg fri fra sin smertefullt fastlåste tilstand. Derfor skal det ikke mye til før herdet stål knekker, knuser eller brister. Noen applikasjoner krever slikt knallhardt stål, men i det store og det hele er stål i denne tilstanden på mange måter nesten like ubrukelig som det var før vi herdet det.

I denne moderne informasjonsalderen henter jeg mye av min kunnskap fra engelske kilder, og det hender at det medfører noe forvirring, spesielt når ord som ligner på hverandre - som logisk og statistisk sett kunne bety det samme - ikke gjør det. Det kan være farlig å anta ting, og det er ikke første gangen jeg har forsøkt å finne informasjon om et konsept på engelsk, hvor jeg etter litt hodebry finner ut at det jeg søkte på ikke har noe med det jeg trodde det hadde. Det er derfor jeg pleier å legge ved tingenes engelske navn i innleggene mine slik at det blir enklere for andre å gjøre sin egen “research” selv, videre på det språket det finnes mest informasjon om ting på.

Et godt eksempel er når det kommer til navn på varmebehandlinger på norsk, kontra engelsk.

Herding, anløping, normalisering, utgløding, settherding og flammeherding er navn på ulike varmebehandlingsmetoder.

Herding gjør stålet hardere. Men hva er anløping, normalisering og utgløding?

På engelsk heter herding hardening, eller quenching, som betyr mer selve handlingen å dyppe glødende stål i en kjølevæske. Forvirringen inntraff når man kommer til anløping, der det ikke er for langt å strekke seg til å anta at det vil være annealing på engelsk. Men det betyr ikke det. Her er en liste over korrekte oversettelser:

Herding -> Hardening/quenching
Anløping -> Tempering
Normalisering -> Normalising (dette derimot gir mening, er det rart man blir forvirret i blant)
Utgløding -> Annealing
Settherding -> Case hardening
Flammeherding -> Colour case hardening

Vi skal ta for oss disse i rekkefølge.

Herding

Herding er ikke herding, og materialets egenskaper kan endres dramatisk med ulike herdemetoder.

For det første er det vikitg å la stålet varme seg sakte opp. Et større stykke stål krever mer oppvarmingstid for en jevnere, mer helhetlig oppvarming, der kjernen skal ha samme temperatur som de mer ytterliggende lag til enhver tid og tynnere deler gjennomvarmes raskere enn tykke (duh…), og stålet må gis tid til å gjennomgå faseendringene sine på vei opp, på en samlet måte.

Dersom det brukes en ovn er det tilstrekkelig å legge arbeidsstykket i ovnen etter at den har nådd herdetemperatur, men å legge det inn før ovnen skrus på, og la stålet varmes opp med ovnen er enda bedre. Dersom det benyttes blåselampe eller gassflamme, er det ekstra viktig å ta seg god tid med oppvarmingen. Man kan selvsagt ikke forvente å sitte i en halvtime å varme opp noe for hånd, men å bombardere arbeidsstykket med varme til det gløder er ikke å anbefale. Det er også særlig viktig å påse at arbeidsstykket ikke overopphetes lokalt, særdeles utsatt er tynne deler.

Stålet må også holdes ved herdetemperatur i nødvendig mengde tid før det kjøles for å sikre at alt stålet har fått tid til å gjennomgå faseendringen. Med herdetemperatur menes det den temperaturen stålet bør ha når det bråkjøles.

Hvor lenge stålet bør være ved herdetemperatur og hvilken temperatur som er optimal varierer voldsomt mellom ståltyper og fysiske dimensjoner på stykket; konsulter leverandøren av stålet, de har skjemaer og diagrammer for slikt, men som en tommelfingerregel skal stålet hvile på herdetemperatur én time per tomme. I know, I know, vi avskyr tommer, men det er ihvertfall slik regla går. Å bare varme opp stålet til det gløder for så å bråkjøle det, funker, men der er langt fra optimalt og man kan se ganske store endringer i egenskaper kun på hvor lenge stålet har blitt varmet opp og ligget ved herdetemp.

Når det kommer til å finne riktig temperatur så vet vi at karbon senker smeltepunktet til stål, så et stål med høyere karboninnhold krever lavere herdetemperatur (opp til 0,8% karbon). Man bør som sagt høre med fabrikanten, men dersom dette ikke er tilgjengelig, og vi vet karboninnholdet, kan vi se på fasediagrammet for å finne et høvelig brukbart substitutt:

Vi vil ha austenitt, altså må vi inn i det skraverte området over det nedre kritiske punkt for stålet A1, ca 723°C (for eutektoid stål), men ikke så høyt at det begynner å smelte (som igjen kommer an på karboninnholdet, ca. 1100-1500 °C, se linje Acl). For hypo-eutektoide og hyper-eutektoide ståltyper må vi også over deres respektive øvre kritiske punkt A3 og Acm respektivt, ellers havner vi i et inter-kritisk faseområde der noe av stålet er omgjort til austenitt, men ikke alt. Typiske herdetemperaturer for stål ligger på 800-900 °C, over det øvre kritiske punktet for en gitt ståltype, men det er ikke nødvendig å gå mye over; det er hensiktsmessig å “ri“ på denne linjen A3-Acm. Vi kan også se Curie-punktet ved A2.

Metningsgrensen for karbon i austenitt er som nevnt i tidligere kapittel 0,83% (ved (og under) den nedre kritiske temperaturen - hensikten med oppvarmingen er jo å tillate mer fritt karbon i løsningen enn det normalt er plass til). Over dette forekommer det cementitt, frem til neste metningsgrense (2,06%) der karbonet ikke vil binde seg og ikke lage mer karbid, men binde seg til seg selv og lage granuler av grafitt (ledeburitt).

Selv om karbonet senker nødvendige temperaturer for å endre stålet, så er karbonbindinger (karbider) selv veldig vanskelige å bryte opp, så når det er overflod av karbon i stålet kreves det mer varme å gjøre om alt materiale til en homogen blanding av austenitt.

Det er her viktig å presisere at fasediagrammet kan ansees å ha 2 møtepunkter, El og Es der El er det eutektiske punktet, siden det omhandler smeltepunkt, mens Es er det eutektoide punkt som representerer fase-likevekt i fast form. Når det snakkes om stål i forhold til herding sies det å være hypo-eutektoid til venstre for Es og hyper-eutektoid til høyre.

Men tenk ikke mer på det, for på tross av all teorien bak krystallformasjon og slikt i forrige kapittel, er egentlig alt til høyre for 2,06% karbon på diagrammet uinteressant for oss akkurat nå.

Dersom vi ikke vet karboninnholdet i stålet er det mulig å utføre noe som kalles en “spark test“. Det går ut på å slipe en bit av stålet som skal identifiseres på en slipemaskin og observere gnistene som produseres. Lange gnister som forsvinner ut i ingenting betyr et lavt karboninnhold, mens korte, ujevne gnister som ender i små fyrverkeri-lignende eksplosjoner betyr generelt et høyere karboninnhold, men det er mange andre karakteristikker ved gnisten som kan fortelle noe om materialet, som farge, lengde, størrelse og form. Det er også mange legeringselementer som endrer gnisten. Mer informasjon om dette her.

Som sagt er det martensitt vi ønsker å oppnå når vi herder. Martensitt oppstår av en diffusjonsløs transformering (krystallene rekker ikke å spytte ut overflødig karbon) fra austenitt ved rask nedkjøling til en temperatur på ca 220° (M start) eller lavere (avhengig av ståltypen). En lavere temperatur som nåes raskere sikrer at en større andel av austenitten blir omdannet til martensitt. Transformeringen er nesten umiddelbar. Som en liten påminner har jeg brakt frem vår gamle venn TTT-diagrammet:

Jo mer av stålet som er austenitt (maksimalt opptak av karbon i jernkrystallene, mer enn det som er “lov“ ved lavere temperaturer) når det bråkjøles, jo mer helhetlig martensitt oppnår vi. Dersom stålet er hyper-eutektoid, altså en overflod av karbon, vil stålet i det inter-kritiske sjiktet ha klumper av cementitt. Dersom en slik blanding bråkjøles vil, i tillegg til å fange karbon i austenitten, cementitten heller ikke har tid til å krystallisere seg normalt, og vil danne nål-lignende strukturer som kalles en acikulær formasjon, lignende bainitt. Denne er veldig hard og egner seg godt til knivsegger og lignende. Det er ofte hensiktsmessig å ha litt fri cementitt når man herder også, så som en generell regel bør stål med et karboninnhold over 1% herdes fra under det øvre kritiske punktet (altså mens det er i det inter-kritiske sjiktet, under linje Acm), mens stål under 0,9% karbon bør herdes fra over det øvre kritiske punktet (100% austenitt).

Dersom man ikke har tilgang på en kontrollert oppvarming med temperaturmåling, som en herdeovn, går det an å anslå temperaturen basert på fargen stålet har. Dette er ikke eksakt, men funker til generell bruk:

Herdemedier

Vann er det enkleste og vanligste kjølemediet. Men det er også det mest ‘brutale‘. I motsetning til olje eller saltlake, som er to andre utbredte herdemedier som er litt ‘snillere‘. De gir en litt mer utstrakt nedkjølingskurve.

Det er et uunngåelig faktum at tykkere deler holder lenger på varmen, og er derfor vanskeligere å herde helt gjennom. Man vil oppnå martensitt i det yttere skall, men kjernen, som åpenbart ikke er i direkte kontakt med kjølemediet, kan i tilfellet av svært tykke deler kjøle seg ned såpass sakte at det nødvendigvis må gå gjennom et stadie som danner perlitt eller bainitt. Men detter er ikke alltid en dårlig ting. Martensitt er særdeles hardt, men skjørt. I tilfellet av håndholdte verktøy, som kniver, meisler, hoggjern og annet verktøy som må være skarpt er det bra å ha en mykere, seigere, kjerne som er mer motstandsdyktig overfor slag og støt, mens den skjærende delen er hard og holder en skarp egg lenge. Men det er også noen ganger man vil ha noe med en gjennomgående martensittisk struktur.

Dersom noe skal herdes, får så å slipes til, kan det hende man sliper seg ned til denne mykere kjernen, dersom det ikke er gjennomherdet:

Bråkjøling

Så hvordan bråkjøler man? Er det bare å dyppe en glødende bit stål i vann på måfå? Vel, det er et bedre utgangspunkt enn mye annet, men det er et par ting som må tas hensyn til ved selve prosessen av å dyppe stålet i herdemediet.

For det første vil det å putte glødende stål i vann selvsagt skape vanndamp. Vannet som er i kontakt med stålet, og i umiddelbar nærhet, vil varmes opp raskt og lage en isolerende hinne av damp rundt arbeidsstykket; dette hindrer effektiv kjøling og hemmer prosessen. Luft er en særdeles dårlig termisk leder så vi må flytte stålet rundt i badet for å fjerne det fra det nå oppvarmede vannet og dampen som hindrer god termisk kontakt. Hvordan noe skal flyttes rundt i et herdebad er en kilde til diskusjon, men flyttes må det.

Å føre det rundt i en sirkel er en logisk slutning og enkel metode man kan tenke seg å bruke. Noen sverger til å føre det rundt i et åttetall, men dette er ikke nødvendig. Men det viktige er å ikke føre det rundt for fort. Dersom stålet virvler gjennom badet vil et undertrykk skapes i turbulensen bak det der damp vil bli fanget og hindre god kjøling. Samtidig må det beveges lett opp og ned om mulig, slik at bevegelsen danner en heliks. Trikset er å gjøre det SAKTE. Ikke så sakte at dampen forblir i nærheten av stålet, men ikke så fort at det skapes strømmer rundt det.

Pilene på bildet beskriver vannstrømmen, ikke stålets bevegelse, og vi kan se at det oppstår en sone med dårligere kjøling i punktene A.

Å herde i saltlake gir en litt snillere og jevnere kjøling, men derav også mindre hardhet. Det samme gjelder herdeolje/mineralolje, som er spesielt laget for å ha et høyt selvantenningspunkt. Olje forminsker problemet med damp (men fjerner ikke helt), men stålet må fremdeles føres rundt for å stadig ha det i fersk, kald olje.

Dersom noe langt og tynt, eller snodig formet stål skal herdes, er det enda viktigere å være var på kjølemetoden. Det er å forvente at stålet deformerer seg noe når vi herder det. Det vil nødvendigvis krympe slik at det kan skapes skjevhet i arbeidsstykket, spesielt dersom det ikke er nøyaktig symmetrisk eller ikke kjøles likt på begge sider. Dette er spesielt et problem i filer og sverd og lignende, der kjølemetoden til og med kan brukes for å rette ut skjevheter ved å bruke denne kunnskapen riktig. Men stort sett, ved herding av lange biter er det viktig å senke dem ned i badet hengende rett ned, og kun bevege dem opp og ned, med svært begrenset bevegelse sideveis.

På diagrammet til venstre kan vi se de tre hovedstadiene i nedkjølingsprosessen:

Stadie A: Umiddelbart etter nedsenking vil mediet i kontakt med stålet fordampe og en hinne av gass dannes rundt objektet som hindrer effektiv kjøling. Ingen væske kommer nå i kontakt med stålet og kjøleeffekten senkes drastisk. Dette er en uønsket tilstand.

Stadie B: Etter kort tid vil mediet rundt stålet begynne å koke eller på andre måter oppføre seg turbulent slik at gasshinnen blir tidvis brutt opp og gir mer effektiv kjøling. Herdemediet kommer lettere til, men blir raskt dyttet vekk igjen av fordampningen. Gassboblene blir fraktet vekk fra stålet av konveksjonsstrømmer og slik oppstår en naturlig strøm av nytt herdemedie og en sirkel av mer effektiv kjøling. Den hurtige nedkjølingen i dette stadiet bringer raskt overflaten av stålet ned til, eller under, kokepunktet til mediet. Dette er det viktigste og meste kritiske stadiet i nedkjølingen.

Stadie C: Fordampning og gassdannelse opphører. Overflaten er nå under kokepunktet til mediet, men avhengig av tykkelsen på objektet kan kjernen være betraktelig varmere. Kjøling skjer via konveksjon og termisk ledelse gjennom væsken. Kjølingen er tregere.

Det er viktig å notere at kurven og beskrivelsene over gjelder for et stillestående arbeidsstykke, og kjølingen kan forbedres med bevegelse i mediet som forklart øverst, men prinsippene er de samme og stadiene vil oppstå i én eller annen grad uavhengig av kjølemetode eller kjølemedie.

Det er flere faktorer som bidrar til å endre egenskapene og effektiviteten til herdemediet:

1. Temperaturen til kjølemediet:

I vann og saltlake vil den initielle kjøleevnen synke når temperaturen til mediet øker. Et medium som er nærmere sitt kokepunkt vil raskere fordampe og det forenkler og forlenger stadie A der det oppstår en damphinne.

I olje ser vi det motsatte. En økning i temperatur i olje senker viskositeten og dermed gjør det mer “flytende“ som bidrar til enklere forming av strømmer og raskere fjerning av varme fra stålet. Det oppstår allikevel en raskere formasjon av gasshinnen når oljen er varmere, så det er en balansegang. Optimal temperatur for oljebad ligger på 50-80 C°.

2. Kokepunkt:

Jo lavere kokepunktet til mediet er, jo raskere skapes gasshinnen rundt stålet som forlenger stadie A, som gir tregere kjøling. Medier med høyere kokepunkt gir en mer effektiv kjøling.

3. Varmekapasitet:

Hvor mye energi som kreves for å øke temperaturen i en gitt enhet væske, én enhet temperatur, er varmekapasiteten til væsken. F.eks. kreves det 1 kalori for å øke temperaturen i ett gram vann 1C°. Jo lavere varmekapasitet, (altså jo mindre energi væsken kan holde før temperaturen går opp), jo raskere vil væsken varmes opp og forverre kjølevnen. Dersom det er lite kjølevæske i badet, eller mange ting skal herdes, er det nødvendig å bruke en væske med høy varmekapasitet eller ha god kjøling til kjølevæsken.

4. Fordampningspunkt:

Varmen som kreves for å omgjøre en enhet væske om til gass ved en konstant temperatur. En væske med lavt fordampningspunkt forlenger stadie A, men varmer ikke opp resten av væsken like fort som en væske med høyere fordampningspunkt.

5. Termisk ledeevne til mediet:

En væske med rask termisk ledeevne overfører og fordeler varmen fra stålet til badet raskt, som forbedrer kjøleevnen.

6. Viskositet:

En mer viskos væske fordeler varmen fra stålet tregere rundt i herdebadet og forlenger gasshinne-stadiet.

7. Sirkulasjon i mediet:

Som nevnt tidligere så vil det å bevege delen rundt i herdebadet fjerne gasshinnen ettersom den dannes og drastisk forkorte stadie A, og mer eller mindre direkte gå til stadie B.

Stadie A, B of C, fra venstre til høyre.

Noen viktige momenter ved nedsenkningen:

En del som har betraktelig tynnere eller tykkere seksjoner bør nedsenkes med den tykke seksjonen først. Eller det kan monteres en varmebuffer på de tynne seksjonene slik at de oppfører seg noenlunde likt som de tykkere seksjonene.
Lange og tynne deler skal nedsenkes vertikalt.
Runde deler som ringer skal nedsenkes aksialt, d.v.s. liggende, med aksen vinkelrett på herdebadet.
Tynne og flate deler skal nedsenkes “stående“ med kanten først. Begrens sidelengs bevegelse.
Deler med konkave former må nedsenkes enten sidelengs eller med den konkave formen opp for å hindre at gasshinnen blir fanget i denne formen.
Små hull i deler burde tettes.
Dersom noe veldig tynt og flatt skal herdes bør det benyttes en fikstur.

Det er som sagt et uungåelig faktum at overflaten kjøles ned raskere enn kjernen. Ofte er dette uproblematisk, men det er viktig å være obs på dette fenomenet dersom noe skal være gjennomherdet.

I tillegg til å hindre gjennomherding, kan dette også skape spenninger mellom det kalde harde yttre og det varmere indre.

Selv om en rask nedkjøling som oftest er ønskelig så er det også noen ganger hensiktsmessig å nesten dulte borti S-kurven, for å oppnå maksimalt med martensitt uten å utsette arbeidsstykket for dette altfor voldsomme termiske sjokket som kan lede til sprekker o.l., og det finnes et par metoder utviklet for å oppnå dette:

Varmherding:

Varmherding (eng: austempering) er en herdemetode som brukes (hovedsakelig i industri) når eliminering av dimensjonal deformasjon er viktigst. Det er en prosess som benyttes på middels- til høy-karbon stål, og produserer nedre bainitt. En ikke-lammelær, men allikevel blandet, nål-lignende struktur, som minner om en blanding av perlitt og martensitt, men med større korn og bestående av cementitt og ferritt. (Hovedforskjellen på nedre og øvre bainitt er måten cementitten sammenblander seg med ferritten. Nedre bainitt, som oppstår ved lavere temperaturer har mer av karbonet som karbid inneklemt i ferritten, mens i øvre bainitt, som oppstår ved høyere temperaturer, er de to formasjonene renere og separert mer lagvis.) Produktet kalles noen ganger ausferritt.

Metoden går ut på å bråkjøle austenitten til rett over punktet der martensitt starter å oppstå, for så å holde temperaturen over tid slik at bainitten kan oppstå. Dette er hardere enn perlitt, men ikke fullt like hardt som martensitt. Det er seigere og mer stabilt, men fortsatt hardt nok til bruk i mange applikasjoner.

Krever vanligvis ikke ytterligere behandling etter avkjøling.

Stegherding:

Stegherding (eng: martempering) er en herdemetode som benyttes når det er viktig å unngå sprekker og minimerer deformasjon men som allikevel produserer martensitt. Det går ut på, som man kan se på diagrammet, å bråkjøle austenitten til rett over startpunktet for martensitt, men la det hvile der i en liten periode, men ikke så lenge at det begynner å forme bainitt, for så å bråkjøle det videre helt ned gjennom martensitt-sjiktet. Dette senker det termiske stresset på stålet når det går gjennom martensitt-formasjonen og senker som sagt sannsynligheten for sprekker og deformasjon.

Stålet bråkjøles i enten et oppvarmet oljebad, flytende bly eller flytende saltbad og holdes der i en periode, for så å overføres til et konvensjonelt herdebad.

Krever vanligvis anløping etter herding.

Vanlige årsaker til sprekker og brister ved herding:

Kjølevæsken brukt er for brutal.
Ståltypen brukt egner seg ikke til herding eller herde-metoden brukt.
For lang tid mellom bråkjøling og anløping.
Uegnet form; skarpe overganger, hull, mangel på radier, usymmetrisk.
Dårlig nedsenkning eller tilføring av kjølemediet.
Eksisterende sprekker/defekter etter maskinering.
Lokal over-karburisering eller oksidasjon ved oppvarming.
Overoppheting eller for mye tid ved høy temperatur. Kornene i stålet kan ha reformert seg og grodd til størrelser som skaper større potensielle bruddpunkter.

Anløping

Anløping er en etterbehandling som brukes på herdet stål for å gjøre det “sterkere” - mer motstandsdyktig mot slag og last- på bekostning av litt hardhet.

Herdetemperaturen til stål er mer eller mindre kun avhengig av karboninnholdet, mens anløpingstemperaturen avhenger hovedsakelig av stålets planlagte bruk. En fil, som ikke skal utsettes for mye sjokk trenger nesten ikke anløpes i det hele tatt, mens en fjær må anløpes kraftig.

Som sagt så består herdet stål av martensitt, som er en veldig hard og skjør struktur. Ved å varme opp stålet til over martensittgrensen, ca. 200 C°, og opptil rundt 350 C°, kan vi “mykne“ opp krystallene og frigjøre stress fra strukturen. Jo høyere temperatur, jo sterkere blir stålet, på bekostning av hardheten.

Denne grafen er ikke en fasit, kun representativ for konseptet.

Styrke i denne forstand er nokså vagt, og kan deles inn i mange forskjellige former, men stort sett regnes det som motstandsdyktigheten mot brudd.

I sakens rette forstand så senker vi Young’s modulus ved å anløpe, slik at stålet blir mer tilbøyelig 😉 til å vri, bøye eller strekke seg enn å knekke under en påkjenning/last. Det er jakten etter den gylne middelvei her som er tingen når det kommer til kutteverktøy f.eks.. Vi vil ikke gjøre stålet for bløtt igjen heller, slik at det ikke er i stand til å holde eggen skarp, men vi vil styrke det slik at det ikke knekker tvers av.

Produktet av denne prosessen kalles for anløpt martensitt (eng: tempered martensite).

Hvilken temperatur og tid som er best egnet til hvert enkelt tilfelle er som sagt anhengig av bruken, men også litt av karboninnholdet og størrelsen. Et høy-karbon stål vil naturligvis bli hardere enn et stål med mindre karbon nå de herdes, så en lik anløpingsprosess brukt på begge stålene vil resultere i ulike egenskaper. Hvor lenge stålet skal holdes i varmen er også en faktor. Dette kan variere fra minutter til timer, avhengig av størrelse og bruk.

Før i tiden, da det ikke fantes herdeovner eller termostater, var det vanskelig å vite eksakte temperaturer, og smedene var dermed nødt til å anslå anløpningen basert på fargen stålet fikk.

Disse fargesjiktene kommer av at ettersom stålet varmes opp blir det mer og mer reaktivt med oksygenet i luften, og det dannes et oksidlag på stålet, hvis tykkelse avhenger av temperaturen, og er forøvrig ganske nøyaktig og pålitelig, og vil endre hvilke bølgelengder av lys som reflekteres og hvordan disse oppfører seg.

Dette krever at stålet er rent for herdeskall og relativt blankt. Det må også være fritt for fett og olje.

I dag brukes dette lite i industri, men er fremdeles brukt som rustbeskyttelse eller rett og slett som en kosmetisk finish.

Det er nesten alltid best å anløpe i en ovn over lengre tid enn å “blåanløpe” med flamme. For at anløpningen skal gi så mye effekt som mulig så må stålet igjen ligge og få godgjøre seg. Varmebehandling av stål er ikke en ting som bør gjøres i hast hvis man vil ha best mulig resultat. Regelen for anløping er den samme for herding. Én time per tomme. Eller 25 minutter per centimeter om du vil, men allitterasjonen i den første gjør den enklere å huske.

Når det er sagt så er det mulig å oppnå en tilsvarende anløping med høyere temperatur over en kortere periode som en lavere temperatur holdt over lengre tid.

Dersom vi bruker flamme og anløper til farge oppstår, og stålet er gjennomherdet, kan vi ende opp med å bare mykne opp skallet, men beholder en hardere kjerne, noe som nesten universalt er en dårlig kombinasjon.

Dersom ujevn anløpning er ønskelig, som i et verktøy som må være særdeles skarpt på tuppen, men trenger et langt skaft som tåler litt juling, kan det være fordelaktig å bruke flamme. Vi kan f.eks. varme opp skaftet og “ri“ varmen så vidt ut til tuppen slik av vi får en jevn behandling og overgang.

Dersom direkte varme ikke kan brukes, enten grunnet veldig delikate deler eller fare for lokal overanløpning, kan delen monteres i en fikstur eller skaft som varmes opp og leder varmen inn i delen.

Anløpning burde utføres så raskt som praktisk mulig etter herdeprosessen for å minimere sjansen for sprekker og brist. Hvis det anløpes med flamme så sørg for å bruke en ren flamme som ikke karburiserer eller dekarburiserer (oksiderer) overflaten unødig, som butan eller godt innstilt oxy-acetylen.

Det finnes andre oppfinnsomme måter å anløpe på også som i et saltbad, oljebad, blybad eller sponbad.

Bilder er fra Clickspring sin YouTube kanal.

Stålet behøver ikke være herdet for å oppnå disse fargene.

Vanlige (veiledende) anløpningstemperaturer for ulike applikasjoner:

Dette avhenger selvsagt at det blir brukt riktig type stål til bruken, resultatet av de ulike temperaturene vil som sagt være avhengig av karboninnholdet og legeringen.

Normalisering og utgløding

Normalisering og utgløding (eng. normalising og annealing, respektivt) er nokså like prosesser i bunn og grunn, men avviker noe i utførelse og gjøres av ulike grunner. Begge behandlingene går ut på å varme opp stålet til 20-50 °C over sitt øvre kritiske punkt for så å la det kjøle seg sakte ned.

I all hovedsak så brukes utgløding for å mykne opp allerede herdet stål, enten det er bråkjølt med vilje eller arbeidsherdet gjennom bearbeiding. Mens normalisering brukes hovedsakelig for å rekrystallisere stålet etter mekanisk bearbeiding som har strukket, vridd eller på andre måter innført spenninger, dislokasjoner og ubalanse i kornstrukturen. Målet med begge prosessene er å få stålet tilbake til en mykere og mer duktil tilstand som lettere kan bearbeides videre.

For at disse prosessene skal lykkes er det avgjørende at det blir gjort i en ovn med temperaturkontroll. Det er spesielt viktig å la disse behandlingene få den temperaturen og tiden som kreves for at korrekt rekrystallisering skal finne sted (selve temperaturen er ikke kritisk innenfor +/- 10°C). Dette er særdeles viktig for utgløding, som bør gjøres med veldig sakte nedkjøling for å tillate at den går gjennom perlitt-stadiet. Samme regelen for tid gjelder her også, men jo høyere karboninnhold , jo viktigere er det med sakte nedkjøling og lengre varmetid. Normalisering kan tas ut og luftkjøles etter nødvendig varmetid i ovnen. Det vil bli noe hardere enn full utgløding, p.g.a. den raskere nedkjølingskurven, men det er vanligvis ikke et problem.

Normalisering kan ha en raskere nedkjøling men må ha høyere øvre temperatur enn utgløding ettersom den skal flytte og endre litt på eksisterende, men forstrukkede korn, mens utgløding endrer bare den interne krystallstrukturen, som krever lengre nedkjøling. Alt vi gjør med normalisering er egentlig å tilbakestille flytegrensen til materialet (grensen mellom elastisk og plastisk deformering) i utsatte områder, mens utgløding tilbakestiller hardheten og øker duktiliteten og formbarheten.

Grunnen til at grafen ser ut som den gjør - at utgløding av hyper-eutektoid stål vanligvis ikke går over den øvre kritiske grensen Acm - er fordi temperaturen som kreves for å produsere homogen austenitt blir fort veldig høy, som drastisk øker sjansen for at krystallene gror (som er uønsket) og dekarburisering av stålet. I det inter-kritiske sjiktet for hyper-eutektoid stål vil det være austenitt som har formet seg fra martensitten og litt mer av karbonet blir sugd opp fra den pre-eksisterende cementitten i løsningen. Denne cementitten vil ikke bli affektert noe ytterligere enn at den vil bli svakt fortært og inklusjonene av den øvrige cementitten er ikke av kritisk skade for resultatet. Å austenittisere stålet er målet, men i motsetning til normalisering - hvor målet er å reorganisere deformerte korn - prøver vi kun å endre krystallstrukturen i kornene som de er ved utgløding.

3-s2.0-B9780128035818091852-f09185-22-9780128035818.jpg

Over ser vi 0,18% karbon stål (a) og 0,95% karbon stål (b) , begge utglødet ved 900°C. Legg merke til den store mengden ferritt (hvitt) i a, med inklusjoner av perlitt (skraverte felt), mens i b er strukturen en komplett perlittisk struktur med noen små cementitt-inklusjoner. Dette viser hvordan et hyper-eutektoid stål kan reformeres til et lett bearbeidet materiale, samt at det viser en interessant sammenstilling mellom et “umettet“ stål og et “mettet“ stål. Stål b vil være veldig mye mer herdbart enn a.

For å oppsummere: normalisering og utgløding er veldig like prosesser som ofte forveksles. Forvekslingen er ikke veldig farlig, men det er absolutt en forskjell mellom prosessene, både i utførelse og behov. Begge gjøres for å mykne opp og “tilbakestille“ stålet til en tilstand som er enklere å bearbeide, men utgløding brukes hovedsakelig der termisk bearbeiding har endret sammensetningen av krystallene, mens normalisering benyttes når mekanisk bearbeiding har innført forskyvninger og stress i kornstrukturen.

Settherding og flammerherding

Settherding og flammerherding er begge karburiserende prosesser, og like i det at det er hovedsakelig en overflatebehandling, men de varierer noe i utførelse.

I situasjoner der vi kun behøver et veldig hardt ytre, kan vi tilføre karbon til stålet slik at overflaten inneholder mer karbon og derfor blir mye hardere ved herding. Gjennomherding er nødvendig når delen skal brukes i applikasjoner der energien forplantes gjennom hele delen, som f.eks. en hammer, mens settherding er nyttig når vi trenger en slitesterk overflate med en sterk kjerne, som en drivaksling.

Idéen er å la stålet ligge oppvarmet i en karbon-rik atmosfære. Varmen tillater stålet å suge til seg karbon fra omgivelsene. Dette kan gjøres i ovn, men en annen mye brukt metode er herdepulver, et kjent merke er “Kasenit”, men dette selges ikke lenger. Det finnes et substitutt kalt “Cherry Red“.

Dette er et pulver som inneholder amorft karbon og andre elementer som gjør at det smelter og pakker seg som en klump rundt en oppvarmet bit med stål når det dyppes i det. Delen dynkes fullstendig i pulveret, tas opp, og varmes en liten stund innkapslet i pulveret. Grunnen til at pulveret smelter og lager en slags kokong rundt stålet er for å hindre tilgangen på oksygen, som vil motvirke prosessen. Delen kan og bør dynkes flere ganger. Delen bråkjøles så i en passende kjølevæske, vanligvis vann. Denne prosessen er ofte brukt på mindre deler. Det er også mulig å legge delen i et bad av pulveret og varme opp hele badet i en lengre periode, dette kan gi bedre resultater.

Stålet kan også karburiseres, kjøles ned, maskineres og så herdes slik at kun noen områder blir harde. Delen kan også slipes etter at den er herdet, men dette krever at stålet for nok tid til å bygge et tykt høy-karbon skall. Settherdede deler behøver vanligvis ikke anløpes til samme grad som gjennomherdet stål, og i noen situasjoner er det nødvendig å ikke anløpe i det hele tatt. Kjernen vil fremdeles være mykere og sterkere etter herding p.g.a. det lavere karboninnholdet.

Vi kan se av grafen over at stålet må ligge i ganske mange timer for å bygge et tykt lag. Høyere temperaturer fremskynder prosessen. For at vi skal ha noe som helst håp om å oppnå slike tider må vi bruke en ovn.

Å hindre oksygentilførsel er the name of the game, og ved bruk av ovn er det nødvendig å pakke inn delen i en lufttett boks eller lignende og forsegle alle åpninger. Delen legges i boksen, omringet av karburiserende materiale, f.eks. kull eller trekull, knust relativt fint. Bruk av kun kull funker, men er en ganske treg prosess, vi kan effektivisere den ved å blande inn natriumkarbonat, eller litt settherdingspulver, ca 1-5% vekt.

Boksen varmes opp med ovnen og blir liggende ved 880-920°C til ønsket tykkelse er oppnådd. Boksen kjøles ned igjen og kan deretter herdes på normalt vis. Delen trenger ikke være på herdetemperatur lenge ved herding av settherdede deler.

Det kan være lurt å legge ved en liten offer-bit for å teste hardheten uten å prøve å file på selve delen.

Flammeherding går ut på mye av det samme, men gjøres hovedsakelig av kosmetiske årsaker:

I flammeherding brukes det organisk karbon, som beinkull, lær og den slags og bitene kan være større. Effekten blir sterkere der stålet har vært i nærmere kontakt med kullbitene, så å ha litt størrelse på dem fremhever forskjellene.

Ved flammeherding må delene bråkjøles rett fra boksen, uten å få tilgang til oksygen i mellomtiden, som kan være en utfordring, men metoden er vanligvis å feste lokket med ståltråd og senke boksen opp ned i en tønne med vann og klippe tråden slik at delene detter ut av boksen og synker direkte ned i vannet.

Settherding i boks gir et tykkere karbonlag, men fordelen med pulver-metoden er at krystallene ikke får samme mulighet til å gro, men dette er vanligvis ikke et problem.

Det var siste kapittel i serien om stål. Jeg håper det har gitt et innblikk i metallurgiens verden og en oversikt og generell forståelse for hvordan stål oppfører seg, og hvorfor vi behandler det som vi gjør. Det var en monumental oppgave å kondensere all denne informasjonen til noe fordøyelig, og det er bare toppen av isfjellet om man virkelig vil dykke dypere ned i dette, men jeg håper det er en god start. Jeg forsøker å begrense omfanget av innleggene mine, så forvent kortere, men til gjengjeld flere, innlegg i 2020.

Godt nyttår!

April 14, 2018

Nytt liv til en gammel arbeidshest

April 14, 2018/ Jørgen Jansen

Endelig er jeg ferdig et prosjekt som er meg hjertet nært. Et prosjekt jeg har holdt på med siden skoleåret startet i fjor. Min helt egen custom Mauser 98 i .30-06 Springfield! Det ser kanskje ikke sånn ut, men den startet livet som en Karabiner 98k i den tyske hær under andre verdenskrig. En slik som er avbildet under.

Det er ikke min spesifikke rifle jeg holder i bildet over, det er faktisk den som ligger bak. Da jeg overtok den hadde den en gammel, sliten sporter-stokk på seg, men den startet som sagt livet på samme vis som den jeg holder her. Mange av disse riflene som ble liggende igjen etter krigen ble tatt i bruk i Hæren, men kort etter konvertert til .30-06 og gitt til Heimevernet da vi adopterte M1 Garand. På ett eller annet tidspunkt hadde den blitt kamret om til .308 Winchester (som noen få ble da dette ble NATO standard) som jeg ikke fant ut før jeg allerede var på skytebanen og hadde kjøpt .30-06 skudd. Ugh...

Men jeg trengte et våpen til både trening og jakt og tenkte det var en fin anledning til å ha et eget våpen jeg kunne bruke på skytedagene vi skulle ha. Prosjektet startet enkelt nok med den simple endring at jeg ville ha den i .30-06 og en ny stokk. Det ene førte til det andre og plutselig er det eneste originale igjen på børsa låsekassa og sluttstykket. Som er blitt tungt modifisert de og.

Det har vært en lang og lærerik reise med oppturer og nedturer.

Kamring og dreiing av nytt løp

Aller først fjernet jeg selvsagt løpet. Det satt godt fast så låsekassa måtte varmes opp for å løsne det.

Den originale løpsprofilen er fler-steget, eller trappet, og personlig er jeg ikke noen tilhenger av designet. For ikke å nevne at det ikke lar seg gjøre å kammre om et .308 løp til .30-06 uten å fjerne en del av kammer-enden siden tykkelsen på .30-06 hylsen er mindre der den treffer .308 skulderen enn .308 er, slik at det ville dannet seg en grop i kammeret her som ville gjort at hylsen ville blitt deformert/sprukket/satt seg fast ved avfyring.

Det er ingen spesiell grunn til at jeg ville ha .30-06 annet enn at jeg liker kaliberet og det en kraftig og allsidig patron. Riflen skal brukes til storviltjakt og langholdsskyting så et relativt grovt kaliber føltes riktig. Det går jo mye på følelser dette; og ikke nødvendigvis på tross av fakta.

Jeg fikk tak i en hylse som er et "adapter" som tilpasses diverse låsekasser og omgjør den til en delvis standardisert festemetode slik at våpenet blir et 'systemvåpen', altså at brukeren kan enkelt skifte løp dersom et annet kaliber kreves eller ønskes brukt i samme våpen.

Kammeret er selvsagt fortsatt i løpet, men det stikker på en måte ut av løpet og tres inn i hylsen. På bildet over er hylsen satt på feil vei for å sjekke pasning. Denne krevde litt å lage; selve pasningen vist over hadde kun 0,03 millimeter unilateral negativ toleranse.

Over kan vi se hylsen skrudd på løpet og gjenger slått i hylsen for å passe i låsekassen (under).

Deretter brotsjes (les: rømmes) kammeret med hele smæla skrudd sammen.

Etter inspeksjon og testskyting av det nye kammeret viste det seg at jeg hadde fått en rivning i metallet under prosessen som hadde etterlatt seg et dypt sår inne i kammeret og som deformerte patronen som vist på bildet under. Dette gjorde den svært vanskelig å få ut, men det gikk heldigvis med bare litt makt. Den dårlige nyheten var jo selvsagt at jeg måtte gjøre alt på nytt, inkludert å lage det presise hylse-partiet om igjen også...

Men andre gangen gikk det knirkefritt og resultatet ble tilfredsstillende.

Under dreier jeg ned det nye, nå ferdig kammrede, løpsemnet fra Lothar Walter. I første omgang kun ren masseavvirkning for å tynne løpet.

Konusdreiing for å fullføre løpsprofilen. Her brukte jeg brille for å minimere vibrasjoner og optimalisere maskinert overflatefinhet før puss.

Løpet behøver ikke være så veldig tykt, men et tykkere løp bidrar til økt presisjon. Jeg lot løpet være ganske tykt fordi jeg vill ha høy presisjon og løpet skulle uansett flutes for å fjerne noe vekt. Den koniske profilen på løpet bidrar til et slankere og helhetlig visuelt inntrykk med tanke på perspektiv.

Fluting

Jeg flutet løpet, hovedsakelig for utseende, men også for å redusere vekt. Dette var stort sett en langsom og kjedelig prosess siden matehastigheten var så lav. Når ett kutt tar ca 15 min og 5 fluter på 3-4 kutt per flute... det tok tid. Men verktøyet var flunkende nytt og prosessen ny for meg så jeg tok det heller litt med ro enn å forhaste meg. Finishen på flutene ble også veldig bra.

På tross av den langsomme prosessen var det en svært interessant og lærerik prosess. I bildet over klokker jeg inn løpet slik at kuttsiden er parallell med X-aksen. Siden løpet er konisk må det spennes opp litt på skrå for at flutens tykkesle skal bli jevn. Det ble spent opp i et delehode og en senterspiss med en vinkelplate som støtte bak. En liten innretning med et spor i satt rundt løpet og ble brukt for å trekke mot vinkelplaten og holde det stramt på plass.

Det viktigste her er at flutene blir symmetrisk, så den første fluten må stilles inn i forhold til hvordan løpet sitter i låsekassa. Jeg monterte det fast i rifla og merket opp med en av de andre fresene hvor midten/toppen av løpet var. Deretter monterte jeg det opp i oppspenningen over og brukte en høyderissemåler/rissefot får å vise midten av løpet og roterte delehodet til den rissede linjen og høyderissemåleren møttes. Jeg gjorde også noen små testkutt for å verifisere at verktøyet fulgte denne linjen. Nå skulle den første fluten teoretisk sett bli midt oppå løpet.

Jeg lagde som nevnt 5 fluter, av den enkle grunn at det gjorde at jeg slapp å flytte vinkelplaten for hver rotasjon, siden med et oddetall fluter vil løpet alltid hvile mot vinkelplaten på en ribbe og ikke på en flute. Jeg er av den tro at et partall fluter, som er fullstendig symmetrisk, vil gi et stivere løp siden den totale tykkelsen mellom ribbene blir større enn med et oddetall fluter, men det skal tydeligvis ikke utgjøre så stor forskjell.

Et annet viktig moment å tenke på er hvordan løpet er tilvirket. Hvordan det er laget, om det er varmhamret eller kaldhamret eller om riflingene er påført i etterkant med en "button" som dras gjennom pipa kan påvirke hvordan løpet reagerer på å bli flutet. Det kan hende det innfører spenninger ved å lage en hel dyp flute på en gang før man tar den neste, eller det kan gå fint, men man kan trenge å ta alle kutt av samme dybde før man øker kuttdybden for å opprettholde rettheten i pipa, men det var heldigvis ikke et problem for meg med dette løpet.

Låsekassen

Mye ble gjort med selve låsekassen og sluttstykket.

Mest interessant av alt er vel en idé jeg fikk av mine mentorer på XXL. Mauser-låsekassen er relativt fleksibel og svak p.g.a utsparingen til tommelen som er der for at våpenet skal kunne bli ladet med stripper-clips. Så tanken er å sveise igjen dette hullet for å stive opp kassa. Hvilket jeg gjorde.

Jeg lagde en bit av vanlig maskinstål som passet sånn høvelig greit i hullet med litt overmål og MIGet den fast utenpå og inni. Deretter freste jeg vekk det verste og avsluttet med fil.

Utenom det ble det tilvirket en ny picatinny-skinne som jeg har skrevet om tidligere og nye monstasjehull boret og gjenget.

Nytt avtrekk ble installert, Timney FWD med avtrekkersikring. Siden jeg nå hadde sikring på avtrekkeren ble den originale direkte sikringen på shroud'en fjernet og ny shroud ble kjøpt. Dette er riktignok litt mindre sikkert, men fortsatt sikkert nok.

Utdrageren og bolt-stoppen ble blå-anløpt og jeg monterte en ny selvdesignet hevarm.

Jeg kjøpte også Superior Shooting speedlock-system som er et tennstempel av titan eller stål og aluminium med en ny fjær i krom-silikon legering. Dette kan senke tiden fra avtrekk til skuddet går med flere millisekunder.

Rekylbrems

Jeg lagde min egen rekylbrems som er uthulet og plugget igjen for å fange og redirigere så mye av munninggassene som mulig.

Den fanger gassene og omdirigerer dem ut til sidene, oppover og bakover. Også ser den tøff ut.

Cerakote

Da alt var ferdig var det på tide å cerakote løp og låskasse, samt andre smådeler. Når det kom til løpet ville jeg ha blanke fluter, så disse ble maskert og endene av løpet plugget.

Cerakote og Durakote er en form for lakk som inneholder keramiske partikler og herder over flere dager og produserer et motstandsdyktig og slitesterkt lag. Det er viktig ved påføring at det som skal sprayes er glass-/sandblåst, avfettet og tørt. Det påføres i èn omgang med mange lette lag, mye som annen pulverlakkering.

Nydelig.

Stokk og bedding

I utgangspunktet hadde jeg tenkt til å lage min egen stokk i tre, men siden jeg satte på skinne på låsekassa ville det bli knotete å fylle på ammunisjon i magasinet, så jeg ville ha en løsning med uttakbare boksmagasin. Det var noen greie løsninger der ute og planen var å benytte AICS magasiner med en long-action underbeslag, men det viste seg å være en veldig vanskelig kombinasjon å finne for Mauser. Så jeg endte opp med en AA98, en glassfiber-forsterket polymer-stokk fra Archangel. Denne har mange justeringsmuligheter, er spesialtilpasset M98 og kommer med magasinløsning og et magasin. Jeg kjøpte også to ekstra magasiner, fordi hva er poenget med boksmagasinsystem med bare ett magasin?

Men selv om den kommer ferdig tilpasset var det ikke bra nok for meg. Ikke bare måtte jeg utvide løpskanalen til å passe det nye løpet mitt, jeg ville også bedde stokken. Det vil si å fylle i et epoxyharpiks i stokken for så å presse og skru fast låsekassa med dette stoffet i mellom og la det herde. Dette vil lage et eksakt avtrykk av låsekassa i stokken og den vil ligge godt og solid og vil ikke kunne røre på seg. Det vil også hindre at man drar inn spenninger i låsekassa når man skrur den i stokken som igjen vil bidra til økt presisjon.

Første steg er å rufse opp innsiden der epoxyen skal sitte. Det er kun nødvendig å bedde rundt festepunktene, dvs. rundt skruene, men det må der beddes helt opp til kanten av stokken og spesielt i rekylopptaket, vanligvis den utstikkende flaten ved den fremste skruen.

Det er viktig å lage dype og ru spor her slik at beddingen fester seg godt til stokken. Mange små ikke-parallelle kriker og kroker som limet kan flyte inn i lager et godt feste.

Deretter smøres låsekassen, skruene og alt annet som ikke skal ha lim på seg inn med f.eks. skokrem slik at limet ikke fester seg til annet enn stokken. Så blandes beddemassen som er en blanding av lim og herder, i dette tilfellet i et forhold på 1:4 herder/lim. Vi blandet her 20g lim og 5g herder. Krydre med litt svart fargepulver etter smak. Finhakk en håndfull isolasjon og ha i. Rør godt.

Man ønsker en konsistens slik at det ikke flyter og drypper av rørepinnen. Glassfiberet gir limet styrke og struktur.

Massen legges på og presses godt ned og inn i alle de tidligere nevnte kriker og kroker. En liten rygg av masse legges midt på for å hindre at det fanges luftbobler og som automatisk presses ut fra midten og sørger for en jevn spredning.

Man skrur så fast låsekassen, men ikke så hardt at de spenningene vi prøver å unngå blir bygget inn i beddingen. Så vi strammer til det stopper og så løsner opp til låsekassen ikke stiger mer.

Etter at det er herdet kan de største ansamlingene pirkes av og så kan mekanismen røskes ut av stokken.

Skruehullene kan trenge å bores opp siden det har samlet seg beddemasse i skruekanalene som kan gjøre de vanskelig å få inn skruene ordentlig.

Voila!

Annet tilbehør som er brukt:

Accu-Tac LR-10 tofot
Accu-Shot Mid-Range monopod
Vortex Viper PST 6-24x50 EBR-1 MRAD kikkertsikte
Daniel Defense QD sling mount
Magpul MS4 Dual QD GEN2 reim

Nå er jeg fornøyd og veldig glad! Jeg gleder meg til å ta den med på skytebanen og virkelig sette både den og meg på prøve.

March 18, 2018

Bløtlodding av frontsikte

March 18, 2018/ Jørgen Jansen

Å feste et frontsikte på et løp gjøres vel kanskje mindre å mindre disse dager, ettersom jeg har inntrykk av at det foretrekkes å ikke ha noe skur og korn dersom et en ny pipe settes i, men heller bare bruke optiske siktemidler. Men det er allikevel noe vi må kunne og dette skulle bløtloddes fast.

Bløtlodding er en prosess der to eller flere materialer (vanligvis metall) sammenføyes med et fyllmateriale, der dette materialet har er lavere smeltepunkt enn delene som skal sammenføyes. Dette fyllmaterialet er som oftest loddetinn. Bløtlodding foregår hovedsakelig under 450 °C, i motsetning til varm-lodding som foregår hovedsakelig over 450 °C.

Disse formene for sammenføyning bruker kapillæreffekten til å trenge inn i alle kriker og kroker mellom delene som sammenføyes og sørger for en god og solid kobling. Kapillæreffekten gir lett-flytende væsker evnen til å stige eller følge trange og tynne passasjer tilsynelatende på tross av eksterne krefter, som f.eks. tyngdekraften.

Jeg fant et løp med et frontsikte vi hadde liggende og varmet opp frontsiktet for å ta det av slik at jeg kunne sette det på igjen. Frontsiktet og løpet ble pusset og renset med smergel. Deretter ble begge deler smurt med en blanding av loddetinn og flussmiddel. Det er selvsagt viktig at flatene passer mot hverandre, og i dette tilfellet var jeg heldig og jobbet med flater som allerede var tilpasset hverandre, men dersom nye ujusterte deler brukes må radiene tilpasses ved sliping eller maskinering. En kurant måte å tilpasse disse delene på ville vært å legge et lag med sandpapir rundt løpet og brukt det til å slipe siktet.

Delene ble varmet opp hver for seg slik at flussmiddelet/tinnet ble varmet opp og fløt utover delene. Denne prosessen kalles fortinning og klargjør delene for sammenføyning ved å forberede flatene med et rent og tynt lag med tinn. Dette laget er godt festet til sitt respektive underlag (delen) og bidrar til god termisk overføring og binding. Det er viktig at begge flatene er fortinnet ordentlig.

Frontsiktet ble så plassert på løpet etter øyemål og ett lodd ble hengt på det.

Dette loddet har to oppgaver; det ene er å holde siktet fast og gi motstand til å flytte på seg som gjør det enklere å finjustere plasseringen, den andre er å presse det ned på løpet slik at kontaktflatene blir så korrekt som mulig når tinnet smelter.

Siktet og løpet ble varmet opp med en liten propanbrenner, løpet mer enn siktet siden det er større og dissiperer mer varme. Ekstra loddetinn fra rull ble tilført der det trengtes eller så ut som det manglet.

Løpet ble satt til å kjøle seg ned og da det var kaldt begynte jeg å rense opp overflødig loddetinn og pusse sidene blanke igjen.

Loddetinnet i sømmen ble skrapt vekk, det skal være så lite synlig tinn igjen som overhode mulig.

Det ser ikke videre vakkert ut siden delene jeg jobbet med har nok blitt utsatt for dette mange ganger før. Det er ikke dette frontsiktets første rodeo.

Men selve loddingen ble akseptabel. Varmearbeid er fascinerende og jeg lærte mye av en liten oppgave.

March 06, 2018

Kuledreier? Kule greier!

March 06, 2018/ Jørgen Jansen

Denne uken, blandt mye annet, har jeg endelig blitt ferdig med et prosjekt jeg har holdt på med lengre enn jeg tør å innrømme. Ikke nødvendigvis fordi jeg jobber tregt, men jeg har ventet på nødvendige deler. Men nå er dingsebomsen endelig ferdig og jeg kan fortelle litt om den.

Jeg har laget en kuledreier! Det er et verktøy for å dreie sfærer i dreiebenken.

Jeg startet opprinnelig med å lage den for å lage en hevarmskule:

Med tanke på hvor lang tid jeg har brukt på den hadde det definitivt vært mer effektivt å bare lage hevarmen på den gamle måten med frihånds-dreing og fil, men jeg har lært utrolig mye i løpet av produksjonen og verktøyet ble ypperlig som vi får se senere.

Verktøyet består av to store sirkulære deler som roterer på hverandre, sammenknyttet med en M12 bolt med forsenkningshode. Bolten har en sikringsmutter under, inni basen, for å sørge for at den ikke løsner under bruk.

På den øvre delen av basen sitter dreieskjæret i verktøytårnet. Skjærene er festet til en settherdet ståldel som sørger for stabilitet og mothold for skjæret når det møter arbeidsstykket. Denne er så skrudd i verktøytårnet. Skjærene er TCMT 110204 festet med M2,5 torx insert-skruer. Disse spesifikke skruene var hovedsaklig det jeg måtte vente en stund på før jeg kunne få tatt i bruk verktøyet.

Mer om skjær i et fremtidig innlegg.

Verktøytårnet er festet til svalehale-sleiden med to forsenkede M8 bolter.

Sleiden kan beveges frem og tilbake i dette sporet og kan låses fast i ønsket posisjon ved å stramme de fire set-skruene som dytter på den ene sleidekanten.

Hele verktøyet festes i T-sporet i tverrsleiden på dreiebenken med disse to T-spor mutterne her:

Disse blir så strammet av to M8 bolter som er forsenket inn i basen og den øvre delen må vris til riktig posisjon for å få tilgang til boltene.

Den er altså festet slik:

Spaken bak brukes for å vri den rundt arbeidsstykket og dette skaper kuleformen.

Det eneste som nå manglet var et godt grep på denne spaken, så kronen på verket var å lage en messingkule til enden av spaken med verktøyet. På den måten har verktøyet fullført seg selv!

Her er noen videoer av den i aksjon:

Det ferdige resultatet:

Hevarmen

Så var den virkelige testen kommet. Å dreie stål; å lage den hevarmen som jeg i utgangspunktet lagde dette verktøyet for.

Jeg fikk en tegning på hvordan hevarmen skulle være. En klassisk hevarm har en litt dråpeformet kule, men siden jeg benyttet kuledreiern min fikk jeg lage en litt mer sfærisk hevarmskule.

Det viktigste å tenke på med dette verktøyet når man skal lage sfærer er at senter av basen, altså det punktet verktøyet roterer om, er rett under og i senter av den kulen som skal dreies. Ved å sette senter utenfor eller forbi midten av kulen kan man lage ovale former og lignende.

Verktøyet har også skjær utvendig for å lage konkave former.

For å bruke verktøyet setter man først skjæret til senter av basen. På bildet under kan man så vidt se to rissede punkter som representerer at tuppen av det innerste skjæret er i senter av basen. Dette er en av de få pirketingene jeg gjerne skulle funnet en finere løsning for, kanskje lodde fast en bit av en linjal, eller på en eller annen måte gravere inn en millimeter-skala, men det er ikke nødvendig og funker helt fint uten.

Deretter kjøres verktøyet inntil arbeidsstykket til det så vidt møtes, og den digitale avleseren på dreiebenken nulles. Det er her viktig at vektøyet står mer eller mindre 90° på arbeidsstykket. Når avleseren er nullet kan tverrsleiden kjøres inn radien av arbeidsstykket (eller diameteren om avleseren er satt til diameter-modus, som de vanligvis er) mens vektøyet blir presset mot arbeidsstykket og da blir dyttet bakover i sleiden og vil innta den nøyaktige radius som arbeidsstykket har. Det er her selvsagt viktig at arbeidsstykket er dreiet ned til ønsket radius på kulen på forhånd.

Verktøyet føres tilbake ut fra arbeidsstykket og låses fast. Det vil da være kalibrert til korrekt radius.

For å begynne å dreie kulen settes en av aksene, X (radial / diameter) eller Z (aksial / lengde) til null, det spiller liten rolle hvilken.

Deretter avanseres kuttet med den andre aksen mens man roterer verktøyet. Etterhvert som man nærmer seg nullpunket for begge akser vil en kule eller halvkule fremarte seg.

Deretter gjenstod det litt dreiing for å tynne ned selve armen og litt lett filing og pussing.

Den skulle også varmbøyes ca. 30°. Her brukte jeg nok litt for direkte og hard varme og litt mye oksygen i blandingen med acetylenen for det ble brent opp litt stål i bøyepunktet.

Det var ganske mye gods å varme opp, men det gikk nå til slutt og skadene er ikke noe litt smergel ikke kan fikse.

All done! Denne oppgaven tok både et halvt år og én time. Snodig det. Men verktøyet fungerte nydelig og jeg har lært mye av å lage det og hevarmen i seg selv ble ypperlig.

February 27, 2018

Tilvirkning av toarmet bladfjær

February 27, 2018/ Jørgen Jansen

Etter all den fysikken jeg nettopp kjempet meg gjennom kan vi ta alt det og kaste det til siden fordi denne obligatoriske oppgaven ikke krever noe av det. Jeg skulle lage en kopi av en fjær vi hadde og så lenge materialet er det samme og bearbeidingen nogenlunde lik burde resultatet bli korrekt.

En toarmet bladfjær er som navnet tilsier et stykke fjærstål som bøyer seg, sammensatt av to armer. Fordelen med bladfjærer er at de kan ha former som egner seg godt i våpen og andre steder hvor man trenger retningsbestemte krefter og det ikke er plass til en kompresjonsfjær.

I disse spesifikke bladfjærene som har seksjoner som fjærer mot hverandre mellom et felles punkt er det lengden på armene og tykkelsen på materialet som bestemmer fjæringkraften. De er ikke laget av sylindrisk tråd og kan ha et relativt stort tverrsnitt i forhold til tradisjonelle fjærer og kan derfor bære mye last, men de kan i likhet med heliksfjærer ikke sprike alt for mye ettersom det vil føre til at fjærens solide posisjon (full kompresjon) vil overstige materialets plastiske grense.

Fjæren jeg skulle lage var en slagfjær (fjæren som driver slagsystemet) til en Sauer mod. 8 sideligger.

Jeg begynte med å kappe et passende stykke fjærstål, langt nok til begge armene, og bøyde det. I dette tilfellet tror jeg det ble brukt Nablo 1248 Fjærstål. Ståltyper og destigneringer er et kapittel for seg selv, men dette tallet kalles Engineering Number (EN) og det første tallet indikerer legeringstypen: 1XXX betyr at det er vanlig, rent karbonstål. X2XX betyr at stålet er tilført svovel og fosfor for å gjøre det lettere å maskinere. De to siste XX48 betyr at stålet inneholder 0,48% karbon, typisk for et mildt fjærstål.

Jeg bøyde det ved å varme opp midten med oxy-acetylen brenneren og hamre den flatt sammen. Det er her viktig å passe på at man brenner med en ren flamme, for mye acetylen kan tilføre karbon i stålet og gjøre bøyepunktet sprøere, for mye oksygen kan oksidere stålet slik at det blir spist opp. Men det er et tema for en annen gang.

Deretter satte jeg opp den bøyde biten med fjærstål i fresen og med et hardmetallskjær freste jeg ned tykkelsen på fjæren ned til ca 0,5mm over den eksakte tykkelsen. Resten kunne jeg ta med fil senere, bedre å ha litt ekstra å jobbe med enn litt for lite, spesielt siden jeg måtte rense opp den andre siden også, som jeg også gjorde i fresen, men kun et veldig lett kutt.

Jeg renset opp alle de tilgjengelige sidene etter varmebehandlingen som også hadde etterlatt glødeskall i bøyepunktet. Jeg begynte nå å file fjæren til formen etter modellen vi skulle kopiere. Men før jeg gjorde det glødet jeg ut biten slik at filingen skulle gå lettere.

Når vi varmer opp stålet til det gløder og det kjøler seg ned igjen relativt raskt (ligge i romtemperatur) så herder det littegrann og dette førte til at stålet i bøyepunktet er litt mer motstandsdyktig ovenfor filen enn resten av fjæren. Dette gjør det problematisk å file siden filen ikke tar like mye over det hele og vil innføre bølger og ujevnheter i fjæren. Ved å 'gløde ut' stålet avslapper vi det tilbake til sin mykere tilstand som gjør det mye lettere å bearbeide. Å gløde ut, som på sett og vis er en lokal normalisering, gjøres ved å legge stålet i en ovn og varme det opp til ca 700°C, men dette varierer litt fra kilde til kilde og stål til stål, men ihvertfall ikke langt unna herdetemperatur (ca 800°C). Det skal i hvertfall gløde som navnet tilsier.

Vi har en ovn som er programmerbar med flere stadier dersom noe skulle trenge en spesiell varmebehandling. På kontrollpanelet tilsvarer T1-T4 de fire stadiene. Man trenger ikke bruke alle hvis det ikke er nødvendig. Knappene langs X-aksen er tidsinnstillinger for hvert stadie. Den første knappen styrer start-tidspunktet slik at ovnen kan settes til å vente så å så lenge før den varmer seg opp, for eksempel slik at den er varm når man kommer på skolen dagen etterpå. De etterfølgende knappene styrer hvor lang tid ovnen bruker på å varme seg opp til neste stadie og hvor lenge den skal holde seg på det stadiet. Dette kan sees på grafen som de stigende og de horisontale delene respektivt.

For å gløde ut fjæren trenges det kun å bruke ett stadie der ovnen varmer seg opp til rett temperatur og deretter slår seg av. Den håpefulle fjæren blir liggende i ovnen og ri den saktegående nedkjølingen sammen med ovnen. Den kan tas ut litt før om ønskelig, ved ca 400°C ettersom den viktigste delen av avslappingen nå er over. Hele fjæren er nå tilbake til samme mykhet over det hele.

Etter at grovformingen var utført var det på tide å bøye den litt igjen; få den nærmere sitt endelige utseende og gjøre det enklere å fullføre formingen.

Disse bladfjærene er formet med en lett bøy i seg for å bøye seg finere/rettere og utnytte mer av fjæringspotensialet. De har også en gradvis avtagning mot tuppene, dette for å bøye seg sammen rett og fint uten av noen del av de to armene berører hverandre før fjæren er helt komprimert.

I illustrasjonen over vil den øverste fjæren ha en bule på midten i punkt A fordi armene er rette. I forhold til påkjenningen der armene møtes er kreftene relativt små ytterst på armene, men de er lenger fra senter og har dermed lettere for å bøye seg. Siden dette ikke er kompensert for med en bøy i armene vil de bule ut.

I den midterste illustrasjonen er dette kompensert for, men dersom armene er like tykke hele veien vil de innerste delen av armene, som nå er mye nærmere hverandre i forhold til tuppene, treffe hverandre i punkt B før hele kompresjonen er fullført som vil flytte vippepunktet og føre til ujevn fjæring.

I den nederste illustrasjonen er dette også kompensert for ved å tynne tuppene av armene med en gradvis overgang mot møtepunktet. Denne formen vil gi jevn fjæring og en rett og fin lukking av fjæren; mye gods innerst som sørger for god og høy belastningsevne og graderte armer som sikrer en tilnærmet lineær sammenlukking og jevn fordeling av kreftene gjennom fjæringen.

Trikset for å få en fin bøy er å dytte eller dra tuppen av armen utover og varme opp hele armen for deretter å bruke brenneren ytterligere til å bøye mer spesifikt, varme opp litt mer der det trengs litt mer bøy.

I bildet under er jeg nesten ferdig med bøyingen, jeg måtte bare bøye litt ekstra inne ved roten av armen.

Jeg bøyde fjæren til litt over slik modellen var, for jeg ble fortalt at den ville 'sette seg' ca 10%, som jeg antar er at full kompresjon overstiger den elastiske grensen til materialet og etter dekompresjon vil legge seg til ro ytterst på denne grensen. Om dette er noe som hadde skjedd uavhengig av avstanden mellom armene eller et annet aspekt av designet til fjæren, eller om det gjelder kun disse fjærene fordi de er designet til å overstige den elastiske grensen er jeg ikke sikker på, men jeg la ihvertfall inn 10% overmål mellom armene. På modellen var det rundt 20mm fra tupp til tupp og jeg bøyde min dermed til å bli ca 22mm.

Dermed var det finformingen igjen. Fjæren var igjen blitt relativt hard, så nålfiler og smergel kom til god nytte her.

Deretter var det tilbake i ovnen for å herde ved 850°C i 5 min for så å bråkjøle i olje. Olje gir en litt snillere og mindre brutal herding enn vann.

Etterfulgt av en anløping ved 360°C i 20 min.

Så ble den pusset fin og blank igjen og var klar for testing og inspeksjon:

En grunnleggende belastningstest for å påse at den tålte det den skulle tåle. Dette viste også om den lukket seg rett og fint. Det gjorde den, men graderingen av armene kunne vært litt bedre.

Deretter den virkelige testen. Fjæren ble plassert i våpenet den var designet for:

Her ser vi baskylen som den sitter i. Test av slagsystem i en hagle kan gjøres ved å plassere en ti-kroning der patronen skulle hvilt og avfyrt. Dersom mynten flyr i taket er testen bestått. Som vi kan se har Kong Harald fått seg en fin liten øredobb, så fjæren bestod testen med glans.

Dette var første gangen jeg arbeidet med fjærstål på en slik måte og jeg må si det var en veldig interessant og innsiktsrik oppgave. Jeg lærte mye om både varmebehandling og ståltyper i prosessen og det å ha lagd noe som faktisk kan selges føles veldig godt.

EVENTYR I MEKANIKKENS VERDEN