Σπινθηρισμός η Τέχνη Προσδιορισμού του Χάλυβος

«Ο ΧΑΛΥΨ είναι χάλυψ,» μπορεί να πουν μερικοί. «Επομένως γιατί πρέπει να δοκιμασθή;» Αλλά δεν έχουν ακούσει ποτέ για τον νικελιούχο χάλυβα ή τον βολφραμιούχο χάλυβα ή τον κοβαλτιούχο χάλυβα; Υπάρχουν μερικές πολύ σημαντικές διαφορές.

Ας δώσωμε ένα παράδειγμα: Υπερταχείες αμαξοστοιχίες κινούνται επάνω σε γραμμές που μπορούν πραγματικά ν’ αντέχουν πάρα πολύ. Αυτές πρέπει να είναι ανθεκτικές σε εξαιρετική φθορά. Γι’ αυτό πρέπει να είναι κατασκευασμένες από ένα ειδικό χάλυβα που περιέχει 12 έως 15 τοις εκατό μαγνήσιο.

Ακόμη και οι νοικοκυρές είναι εκλεκτικές όσον αφορά τον χάλυβα! Δεν θέλουν χάλυβα οποιουδήποτε είδους. Αυτά τα λαμπρά σκεύη μαγειρικής που περιλαμβάνουν μέχρι 12 τοις εκατό χρώμιο και ίσως λίγο νικέλιο δεν είναι απλός «χάλυψ.» Είναι ανοξείδωτος χάλυψ. Και υπάρχουν πολλά είδη ανοξείδωτου χάλυβος—μερικά, παραδείγματος χάριν, έχουν διαμορφωθή έτσι ώστε να έχουν μεγαλύτερη αντοχή στην οξείδωσι από άλλα είδη.

Οι χιλιάδες εργάτες που εργάζονται σε μηχανουργεία και σε εργοστάσια κατασκευών γνωρίζουν ότι κάθε προϊόν που κατασκευάζεται απαιτεί ένα ιδιαίτερο είδος χάλυβος. Μπορεί να υπάρχη διαθέσιμος χάλυψ διαφόρων ειδών. Πώς μπορούμε, λοιπόν, να προσδιορίσωμε ποιο είναι το κατάλληλο είδος για κάθε περίπτωσι; Το να κυττάξη κανείς απλώς το μέταλλο δεν είναι αρκετό. Μήπως τότε θα έπρεπε ο εργάτης να στείλη ένα δείγμα στο εργαστήριο για χημική ανάλυσι; Αυτό θα ήταν δαπανηρό και θ’ απαιτούσε χρόνο. Οπωσδήποτε πρέπει να υπάρχη ένας πιο πρακτικός τρόπος.

Ένα Κωδικό Σύστημα Χρωμάτων

Οι κατασκευασταί χάλυβος χρωματίζουν μ’ ένα κωδικό σύστημα τα άκρα των ράβδων του χάλυβος που παράγονται στους φούρνους των. Υπάρχουν οι αντίστοιχοι πίνακες χρωμάτων και αυτοί λέγουν σ’ αυτόν που χρησιμοποιεί τον χάλυβα ποιο ακριβώς κράμα χάλυβος πρέπει να εκλέξη από την αποθήκη.

Όπως ίσως γνωρίζετε ένα κράμα γίνεται όταν δύο ή περισσότερα μέταλλα λυώσουν μαζί. Επί παραδείγματι, ο χαλκός και ο ψευδάργυρος μαζί συνθέτουν το κράμα που ονομάζεται ορείχαλκος (μπρούτζος). Ομοίως, τα κράματα του χάλυβος περιλαμβάνουν διάφορα στοιχεία εκτός από τον σίδηρο. Αυτά προστίθενται για να κάμουν τον χάλυβα ισχυρότερο ή ανθεκτικώτερο στην οξείδωσι ή πιο εύκαμπτο κλπ. Μη ξεχνάτε ότι απαιτείται ένας συνδυασμός χάλυβος και χρωμίου (πιθανόν και με λίγο νικέλιο) για να κατασκευασθούν τα λαμπερά ανοξείδωτα μαγειρικά σκεύη.

Τι θα γίνη, όμως, αν έχωμε διαφόρους τύπους χαλύβδινων ράβδων διαθέσιμους και τα άκρα των ράβδων που έχουν τον χρωματολογικά κώδικα είναι κομμένα ή ο πίνακας των χρωμάτων δεν μπορεί να βρεθή; Μη φοβάσθε! Υπάρχει λύσις.

Ο Προσδιορισμός δια του Σπινθηρισμού Λύνει το Μυστήριο

Υπάρχει ένας τρόπος για να προσδιορίσωμε το είδος του χάλυβος που έχομε διαθέσιμο. Αυτό μπορεί να γίνη με τον προσδιορισμό δια του σπινθηρισμού, μια αρχαία τέχνη που έχει αναπτυχθή προσφάτως σε σύγχρονη βιομηχανική επιστήμη. Αυτή η τέχνη βοηθεί το άτομο να προσδιορίση όχι μόνο τη χημική σύνθεσι του μετάλλου αλλά, επίσης, και τα χαρακτηριστικά που αποκτά ο χάλυψ λόγω της αφαιρέσεως του άνθρακος και της θερμότητος.

Όταν ένα κομμάτι μετάλλου αγγίζη επάνω σε μια σμυριδόπετρα αναπηδούν σπινθήρες. Γρήγορα, με ασφάλεια και ακρίβεια, με τη μέθοδο του σπινθηρισμού προσδιορίζεται η παρουσία των περισσοτέρων μικτών στοιχείων που βρίσκονται μέσα στο μέταλλο. Γι’ αυτή την εργασία χρησιμοποιείται ένα φορητό χειροκίνητο τροχιστικό μηχάνημα υψηλής ταχύτητος. Ο τροχός αυτού του μηχανήματος, που έχει διάμετρο δυόμισυ ιντσών (6,3 εκατοστά), μπορεί να πάρη 15.000 έως 20.000 στροφές το λεπτό χωρίς να σπάση. Ο σμυριδοτροχός πρέπει να καθαρίζεται προσεκτικά προτού χρησιμοποιηθή για τη μέθοδο του προσδιορισμού δια του σπινθηρισμού. Αλλιώς, μπορεί να υπάρχουν ήδη ρινίσματα χάλυβος επάνω στον τροχό τα οποία θα οδηγήσουν σε εσφαλμένα αποτελέσματα.

Η συνεχής πίεσις μεταξύ του σμυριδοτροχού και του δείγματος του χάλυβος είναι πολύ σπουδαία. Αυτή η πίεσις πρέπει να είναι επαρκής για να παράγη ένα χείμαρρο σπινθήρων που να έχη μήκος δύο τουλάχιστον πόδια (60 εκατοστά). «Αλλά,» μπορεί να ρωτήσετε, «τι καλό προέρχεται από τη δημιουργία των σπινθήρων;»

Αυτοί οι σπινθήρες αποκαλύπτουν άγνωστα πράγματα στο έμπειρο μάτι. Στον χείμμαρο των σπινθήρων κάθε στοιχείο παράγει το δικό του ιδιαίτερο σχέδιο και χρώμα. Η ποσότης ενός στοιχείου που βρίσκεται μέσα στον χάλυβα προσδιορίζεται από την παρατήρησι της συχνότητος του χαρακτηριστικού του σπινθήρος. Έτσι, είναι δυνατόν να προσδιορισθή η παρουσία ωρισμένων στοιχείων όπως είναι ο άνθραξ, το μαγνήσιον, το πυρίτιον, το νικέλιο, το χρώμιο, το μολυβδαίνιο, το βολφράμιο, ο χαλκός, το αλουμίνιο, το τιτάνιο, το βανάδιο και το νιόβιο. Έτσι, ένας πεπειραμένος χειριστής της συσκευής προσδιορισμού του χάλυβος δια του σπινθηρισμού μπορεί να ξεχωρίση τον μαγγανιούχο χάλυβα που χρειάζεται για να κατασκευασθούν αυτές οι ανθεκτικές γραμμές για τα τραίνα.

Υπάρχουν δύο μεγάλες κατηγορίες χάλυβος: Ο απλός ανθρακούχος χάλυψ και ο κραματούχος χάλυψ.

Ο Απλός Ανθρακούχος Χάλυψ

Ας παρακολουθήσωμε τη διαδικασία καθώς ένα κομμάτι ανθρακούχου χάλυβος τοποθετείται στερεά σε θέσι τριβής μ’ ένα σμυριδοτροχό υψηλής ταχύτητας. Η ολική εμφάνισις του χειμάρρου των σπινθήρων μάς βοηθεί να προσδιορίσωμε αν είναι χάλυψ χαμηλού άνθρακος ή χάλυψ υψηλού άνθρακος. Ο χαμηλός άνθραξ παράγει μακρείς στενόμακρους χειμάρρους σπινθήρων ενώ ο χάλυψ υψηλού άνθρακος κοντούς και πλατείς χείμαρρους.

Πρέπει επίσης να προσέξωμε τις γραμμές κατευθύνσεως, δηλαδή την κατεύθυνσι των γραμμών της τροχιάς που σχηματίζεται από τον χείμαρρο των σπινθήρων. Αυτές αποτελούνται από μικροσκοπικά ρινίσματα χάλυβος που αποσπώνται από τη ράβδο του χάλυβος μέσω της τριβής του σμυριδοτροχού. Η θερμότης που πηγάζει από τη διάσπασι ενός ρινίσματος και η τριβή που παράγεται καθώς αυτό εκτοξεύεται στον αέρα, κάμει το ρίνισμα να σπινθηρίζη. Έτσι, κάθε μικροσκοπικό ρίνισμα μοιάζει μ’ ένα μικροσκοπικό μετεωρίτη που ταξιδεύει στο διάστημα!

Επειδή ο χάλυψ χαμηλού άνθρακος είναι μαλακός, αποκόπτεται, από τον σμυριδοτροχό σε μεγαλύτερα τεμάχια. Έτσι, οι γραμμές κατευθύνσεως του σπινθήρος του χειμάρρου είναι ευρύτερες και, λόγω της επιδράσεως του όγκου, σπινθηροβολούν περισσότερο από τα μικρά ρινίσματα του σκληρότερου και πιο εύθραυστου χάλυβος που περιέχει υψηλό άνθρακα.

Το είδος και το σχήμα της απολήξεως του χειμάρρου προς το τέλος των γραμμών κατευθύνσεως που σχηματίζουν οι σπινθήρες βοηθεί κάποιον να προσδιορίση με μεγαλύτερη ακρίβεια το περιεχόμενο του χάλυβος σε άνθρακα. Οι απολήξεις διαφέρουν σε μέγεθος, σχήμα, τύπο, έντασι και απόστασι από τον σμυριδοτροχό. Ο χαμηλός άνθραξ καταλήγει σε λίγες διακλαδωτές απολήξεις, ενώ το τεμάχια του υψηλού άνθρακος παράγουν πολλές αστεροειδείς απολήξεις. Μια ματιά στην εικόνα της 25ης σελίδος θα σας δείξη μερικές από τις διαφορές που αναφέρθηκαν προηγουμένως.

Όσο περισσότερο αυξάνει η περιεκτικότης σε άνθρακα, τόσο περισσότερο αυξάνει και η πυκνότης των σπινθήρων του χειμάρρου. Αυτό παρατηρείται στο κέντρο του χειμάρρου. Αυτές οι διαφορές είναι εμφανείς στα εικονογραφημένα παραδείγματα που συνοδεύουν το άρθρο, αλλά μη ξεχνάτε ότι η ορθή πίεσις του δείγματος του χάλυβος στον σμυριδοτροχό είναι εξαιρετικά σημαντική για να γίνη ακριβής προσδιορισμός της πυκνότητος.

Προσδιορισμός Κραματούχου Χάλυβος δια της Μεθόδου του Σπινθηρισμού

Ειδικοί παράγοντες πρέπει να παρατηρηθούν όταν γίνεται ο προσδιορισμός του κραματούχου χάλυβος δια του σπινθηρισμού, διότι κάθε στοιχείο καθώς και η ποσοστιαία αναλογία κάθε στοιχείου που βρίσκεται μέσα στον χάλυβα παράγουν διαφορετικά χαρακτηριστικά στους σπινθήρες και στα χρώματα.

Ο παράγων που μπορεί να ονομασθή ιδιαίτερο σήμα κάθε στοιχείου είναι το χαρακτηριστικό του. Όσο υψηλότερο είναι το ποσοστό περιεκτικότητος του κράματος μέσα στον χάλυβα, τόσο πιο καταφανές θα είναι το χαρακτηριστικό στοιχείου μέσα στον χείμαρρο των σπινθήρων. Ας υποθέσωμε ότι εξετάζομε ένα χάλυβα αγνώστου συνθέσεως και παρατηρούμε ότι από κάθε απόληξι των κυρίων γραμμών του χειμάρρου αποκολλώνται ρινίσματα όμοια με αιχμή βέλους. Αυτό σημαίνει ότι ο χάλυψ περιέχει μολυβδαίνιο. Η παρουσία του βαναδίου αποδεικνύεται από τη δημιουργία σπινθήρων που μοιάζουν με ανεστραμμένες ομπρέλλες στο τέλος κάθε γραμμής του χειμάρρου.

Το χρώμα είναι ένας άλλος παράγων. Ο γενικός κανών είναι ότι τα στοιχεία που οξειδούνται εύκολα κάμουν τον χείμαρρο των σπινθήρων φωτεινότερο, ενώ εκείνα που ανθίστανται στην οξείδωσι τείνουν να κάμουν τον χείμαρρο πιο σκούρο. Οι περισσότεροι ανθρακούχοι χάλυβες έχουν το χρώμα του άχυρου. Οι περισσότεροι κραματούχοι χάλυβες παράγουν ένα σκούρο κίτρινο χρώμα. Οι υψηλής ταχύτητος χάλυβες που περιέχουν βολφράμιο καταλήγουν σ’ ένα κόκκινο ή σκούρο πορτοκαλί χείμαρρο σπινθήρων.

Απ’ αυτή τη σύντομη συζήτησι διακρίναμε ότι ο προσδιορισμός του χάλυβος με τη μέθοδο του σπινθηρισμού είναι αναγκαία βιομηχανική τέχνη και βοηθεί πάρα πολύ στον προσδιορισμό των μικτών και άγνωστων βαθμών του χάλυβος. Μπορεί να μη γίνετε ποτέ προσδιοριστής του χάλυβος με τη μέθοδο του σπινθηρισμού, αλλά είναι καλό να γνωρίζετε ότι άλλοι έχουν καλλιεργήσει αυτές τις ικανότητες. Θυμηθήτε το αυτό την επομένη φορά που θα χρησιμοποιήσετε τα ανοξείδωτα μαγειρικά σας σκεύη ή θα ταξιδέψετε με ένα τραίνο υψηλής ταχύτητος επάνω στις λείες γραμμές του χάλυβος.—από Συνεργάτη.

[Εικόνα στη σελίδα 25]

ΔΙΑΚΛΑΔΩΤΕΣ ΑΠΟΛΗΞΕΙΣ ΧΑΜΗΛΟΥ ΑΝΘΡΑΚΟΣ

ΑΣΤΕΡΟΕΙΔΕΙΣ ΑΠΟΛΗΞΕΙΣ ΥΨΗΛΟΥ ΑΝΘΡΑΚΟΣ

[Εικόνα στη σελίδα 26]

ΧΑΜΗΛΟΣ ΑΝΘΡΑΞ (αραιός χείμαρρος)

ΥΨΗΛΟΣ ΑΝΘΡΑΞ (πυκνός χείμαρρος)