Het is bij edelsmeden een bekende procedure: koud vervormen, gloeien, koud vervormen, gloeien, enzovoorts. Als je zilver of koper verwarmt – gloeit – en laat afkoelen dan wordt het zachter, zodat het bewerkbaar wordt. Door het slaan met een hamer of walsen of anders vervormen wordt het weer hard. Dit heet koudversteviging of “work-hardening” of “Kaltverfestigung”.
Wat gebeurt er tijdens dit proces van gloeien?
Tijdens het verwarmen zijn er drie fasen:
- Herstel
- Rekristallisatie
- Kristalgroei
Het materiaal bestaat uit kristalkorreltjes met een bepaalde grootte. Dat is onder een microscoop zichtbaar te maken. Zo’n kristalkorreltje is een matrix, een gelijkmatige rangschikking van atomen
Table of Contents
Herstelfase
Tijdens het koud vervormen wordt materiaal plastisch en dus blijvend vervormd. Dat is echter niet helemaal waar, want er worden ook spanningen in het materiaal gebracht die elastisch zijn en elastisch blijven bij kamertemperatuur. Bij het verhogen van de temperatuur wordt wat elastisch is plastisch. Dit is makkelijk te verklaren, de elasticiteitsgrens ligt bij de hogere temperatuur lager en dus wordt het elastisch vervormde materiaal – met de bijbehorende interne spanningen – plastisch vervormd. Dit is vooral zichtbaar op de grenzen van de kristallen. Dit is dus spanningsarm gloeien.
Rekristallisatie
Bij een hogere temperatuur worden de vervormde kristallen vervangen door nieuwe kristallen die groeien tot het vervormde kristal volledig geconsumeerd is. Deze nieuwe kristalkorrels bevatten nauwelijks kristalfouten. De ductiliteit of vervormbaarheid is aanzienlijk toegenomen. De snelheid van dit proces neemt toe met de temperatuur maar ook met de vervormingsgraad.
Kristalgroei
Uiteindelijk groeien de korrels verder door elkaar te consumeren. Het aantal korrels wordt minder en de korrelgrootte neemt toe. Om een idee te krijgen van de resultaten: Drie monsters van 99.97% zilver worden 30 minuten gegloeid in een oven op 700, 800 en 900 graden Celsius. De korrelgrootte is daarna respectievelijk 0.017, 0.040 en 0.25 mm. In die laatste temperatuurtrap is er dus aanzienlijke kristalgroei die niet altijd wenselijk is. De vervormbaarheid neemt wat verder toe.
Tot slot
- Gloeien is belangrijk om vervorming mogelijk te maken.
- Door te verhitten met een vlam blijkt in de praktijk voldoende rekristallisatie te ontstaan om het onderdeel weer goed bewerkbaar te maken. De temperatuur moet hoog genoeg zijn om de herstelfase te passeren.
- Ervaren zilversmeden weten dat “kersenrood” gloeien niet ver weg ligt van het smeltpunt van zilver. Puur zilver heeft een smeltpunt op 962 graden Celsius en zilver “925” heeft een smeltpunt op 893 graden Celsius.
- Zwaar vervormde korrels rekristalliseren sneller.
- Kleine hoeveelheden zilver koelen altijd voldoende snel af aan lucht en in water afkoelen mag.
- Het bovenstaande werkt voor veel metalen en legeringen zoals goud.
- Voor staal gelden de basisregels niet. Staal is een legering met onder andere ijzer met koolstof en staal heeft verschillende kristalstructuren. Staal met een laag koolstofgehalte is redelijk zacht en vervormbaar.
- Koper wordt vaak “halfhard” geleverd. Het kan daardoor direct redelijk goed vervormd worden en kan als het te hard wordt goed gegloeid worden.
Leuke verzameling onderwerpen die op je site worden ‘behandeld’ De uitleg over het gloeien is helder. Hoewel, er schijnen toch verschillen te zijn in de manieren waarop je metalen zacht of harder kunt maken. Koper moet je na het gloeien afschrikken in (koud) water om het ‘zachter’ te maken, terwijl b.v. staal door snelle afkoeling na verhitting juist harder wordt. Koper wordt (ook als er niet aan ‘rommelt’) na verloop van tijd vanzelf harder vertelde mij een oude loodgieter ooit. Dat komt overeen met mijn eigen ervaringen. Met edele metalen heb ik geen ervaring. Misschien dat koper gewoon een buitenbeentje is.
Als je metalen snel afkoelt dan krijgt het metaal niet de kans om de kristalstructuur van die hoge temperatuur te veranderen. Dat is het trucje van afkoelen in water of olie. De behouden kristalstructuur (grootte en type) bepaalt eigenschappen als hard en zacht, taaiheid en sterkte. Bij kleine zilveren werkstukken is de afkoelsnelheid in de lucht groot genoeg. Koudversteviging van koper en zilver gebeuren niet spontaan in de tijd. Ik durf er niets met zekerheid over te zeggen, maar als een buis koper in een rijdende auto ligt te trillen dan wordt die harder. Op https://www.polytechforum.com/metalworking/does-copper-age-harden-616434-.htm lees ik dat oxidatie een rol kan spelen dus dat zou ook een verklaring kunnen zijn voor het harder worden in de tijd. Misschien speelt temperatuur en het gebruik van kranen wel een rol waardoor drukverschillen in de leiding ontstaan. Veel metalen vertonen hetzelfde gedrag. Staal is wat lastig omdat het gelegeerd is met tal van stoffen en ook nog eens diverse structuren kan hebben zoals ferritisch, austenitisch en Martensitisch.
Als je interesse hebt in het bewerken van aluminium dan is dit een aardige link over gloeien van aluminium (annealing). Aluminium 5000-serie is AlMg en is bijvoorbeeld geschikt.