Vonken voor het testen van staal

„STAAL is staal”, zullen sommigen zeggen. „Dus waarom testen?” Maar hebben zij nooit gehoord van nikkelstaal, wolfraamstaal of kobaltstaal? Daartussen bestaan enkele belangrijke verschillen. Het aantal staalsoorten is zelfs bijzonder groot, met specifieke toepassingsgebieden voor elk.

Denk maar aan snelle treinen die met geweld over stalen rails denderen. Het staal van deze rails staat aan uitzonderlijke belastingen bloot. Dat vraagt een speciaal soort staal, dat 12 tot 15 percent mangaan bevat.

Trouwens, zelfs huisvrouwen zijn kieskeurig wanneer het op staal aankomt! Zij willen geen gewoon staal. Het glanzende kookgereedschap waar zij naar verlangen en dat tot 12 percent chroom en misschien ook een klein percentage nikkel bevat, is geen gewoon „staal”. Het is roestvast staal. En ook daarin zijn weer heel wat variaties. Sommige soorten roestvast staal zijn vervaardigd met een grotere weerstand tegen corrosie dan andere.

Duizenden die in machinefabrieken en constructiewerkplaatsen werken, weten dat elk produkt soms zijn eigen soort van staal vereist. En er zijn, zoals gezegd, heel wat soorten, dus hoe kan de juiste geïdentificeerd worden? Een gewoon onderzoek van buitenaf is in het algemeen niet voldoende. Moet er dan een monster naar het laboratorium worden gestuurd voor een chemische analyse? Dat kost vaak te veel tijd en te veel geld. Er zou een praktischer manier moeten zijn. En die is er ook.

Een kleurcoderingssysteem

Ten eerste schilderen staalfabrikanten de eindpunten van de stalen staven die uit hun fabrieken komen met een kleurcode, zodat de gebruiker aan de hand van een bijgeleverde kleurentabel exact kan aflezen welk soort van gelegeerd staal hij uit de voorraad neemt.

Zoals u weet, bestaat een legering uit een samensmelting van twee of meer metalen. Koper en zink vormen bijvoorbeeld samen een legering die men de naam brons heeft gegeven. Gelegeerd staal bevat dus behalve ijzer, nog diverse andere elementen, die zijn toegevoegd om het staal harder te maken, beter bestand tegen corrosie, buigzamer, etc., etc.

Vonkentest onthult het onbekende

Bestaat er echter een manier om van een volledig onbekende staaf zonder kleurcodering te bepalen uit wat voor staal hij bestaat? Ja, en wel met de vonkentest, een aloude kunst, die sinds kort tot een moderne industriële wetenschap is ontwikkeld. Hiermee is het niet alleen mogelijk de chemische samenstelling van een staalsoort te bepalen, maar ook de bijzondere eigenschappen die het staal door ontkoling en warmtebehandeling heeft verkregen.

Wanneer een stuk staal met een roterende slijpsteen in aanraking komt, schieten er vonken weg. Met de vonkentest is het mogelijk om snel, doeltreffend, nauwkeurig en zonder het metaal aan te tasten, de aanwezigheid van de meeste legeringselementen vast te stellen. Een draagbare handslijpmachine met hoog toerental is het voornaamste instrument. Het slijpwiel, met een middellijn van ruim zes centimeter, dient zonder te breken een omwentelingssnelheid van 15.000 à 20.000 toeren per minuut te bereiken en vóór gebruik grondig te zijn gereinigd, dit laatste opdat metaalverontreinigingen geen misleidend resultaat geven.

Erg belangrijk is bovendien een constante slijpdruk tussen wiel en staalmonster. De uitgeoefende druk moet voldoende zijn voor een vonkenstroom van ongeveer 60 centimeter lang. „Maar wat heb je aan die vonken?” is nu wellicht uw vraag.

Wel, die vonken vertellen het geoefende oog alle geheimen van het onbekende stuk metaal. In de stroom vonken produceert elk element zijn eigen bijzondere patroon en kleur, terwijl de hoeveelheid van elk element wordt bepaald door de hoeveelheid vonken ervan die in de vonkenstroom voorkomen. Zo is het mogelijk de aanwezigheid vast te stellen van elementen als koolstof, mangaan, silicium, nikkel, chroom, molybdenium, wolfraam, koper, aluminium, titaan, vanadium en niobium. Een geweldige methode dus, waarmee een geoefend vonkentester bijvoorbeeld precies het staal met de juiste mangaanhoeveelheid kan uitzoeken voor de vervaardiging van zwaar belaste spoorrails.

Staal is in twee grote categorieën onder te verdelen: gelegeerd staal en ongelegeerd of koolstofstaal.

Het gewone koolstofstaal

Laten we eens kijken wanneer een stuk koolstofstaal stevig tegen een snel roterend slijpwiel wordt gedrukt. De algemene aanblik van de vonkenstroom helpt ons te bepalen of het staal een hoog of laag koolstofgehalte bezit. Met weinig koolstof ontstaat er een lange, smalle stroom van vonken, met een hoog koolstofgehalte een korte, brede vonkenregen.

Ook de afzonderlijke vonkenbanen, de afzonderlijke sporen die door de vonkdeeltjes worden getrokken, vragen aandacht. Deze vonken zijn in feite kleine staaldeeltjes die door de wrijving met het slijpwiel van de ijzerstaaf zijn losgeslagen en door de warmte die daarbij vrijkomt en de wrijving van de lucht gaan gloeien. Elk stukje reageert in feite als een miniatuurmeteoor!

Aangezien metaal met een lager koolstofgehalte, zachter is, worden er door het slijpwiel grotere stukjes afgerukt. De afzonderlijke banen zijn derhalve breder, terwijl de deeltjes vanwege het massa-effect ook langer nagloeien dan de kleine deeltjes van de hardere, brossere staalsoorten met een hoog koolstofgehalte.

De vorm en het karakter van de waaier aan het eind van de banen, stellen iemand nog nauwkeuriger in staat het koolstofgehalte van het staal vast te stellen. De waaiers variëren in omvang, vorm, intensiteit en afstand van het slijpwiel. Een laag koolstofgehalte levert een weinig vertakte waaier, een hoog koolstofgehalte een groot aantal stervormige waaiers. Een blik op de bijgaande illustraties laat u nog eens de zojuist genoemde verschillen zien.

Naarmate het koolstofgehalte toeneemt, neemt ook de dichtheid van de vonkenbanen toe, vooral in het midden van de stroom. Deze verschillen zijn duidelijk te zien op de andere twee illustraties, maar houdt in gedachten dat de juiste druk tussen staal en slijpwiel van uitermate groot belang is.

De vonkentest bij gelegeerd staal

Past men de vonkentest toe op gelegeerd staal, dan moeten er speciale factoren in acht genomen worden. Elk element en het percentage van elk element levert zijn eigen bijzonderheden en kleureffecten.

Het individuele kenmerk van elk element zou men zijn karakteristiek kunnen noemen. Hoe hoger het gehalte van een bepaald element in gelegeerd staal, hoe duidelijker de karakteristiek van dat element in de vonkenstroom zichtbaar zal zijn. Stel bijvoorbeeld dat u een onbekend metaal test en aan het eind van elke vonkenbaan als het ware een afgebroken „pijlpunt” ziet. Dat duidt op de aanwezigheid van molybdenium. De aanwezigheid van vanadium verraadt zich door de aanwezigheid van een „omgekeerde paraplu” aan het eind van elke vonkenbaan.

Kleur is nog een andere factor. Een vuistregel is dat elementen die gemakkelijk oxyderen, de vonkenstroom helderder kleuren dan elementen die beter tegen roest bestand zijn. De meeste koolstofhoudende staalsoorten leveren een strogele vonkenregen, gelegeerd staal een vuilgele, wolfraam-bevattend sneldraaistaal een rode of donker-oranje vonkenstroom.

Na deze korte bespreking zal het u wel duidelijk zijn dat de vonkentest een belangrijke industriële kunst is die zeer nuttig blijkt bij het identificeren van onbekende staalsoorten. Zelf zult u waarschijnlijk nooit een vonkenspecialist worden, maar het is interessant te weten dat anderen in deze kunst een grote vaardigheid bezitten. Denk daar de volgende maal eens aan wanneer u uw „roestvrij” stalen potten en pannen gebruikt of met een sneltrein over gladde staalbalken voortsnelt. — Ingezonden.

[Illustraties op blz. 17]

LAAG KOOLSTOFGEHALTE (Weinig vertakkingen)

HOOG KOOLSTOFGEHALTE (Veel stervormige vertakkingen)

[Illustraties op blz. 18]

LAAG KOOLSTOFGEHALTE (Smalle stroom)

HOOG KOOLSTOFGEHALTE (Brede, dichte stroom)