Messing profielen "zacht" maken

Discussie in 'MBF Labs' gestart door Ad Bakker, 10 okt 2010.

  1. Ad Bakker

    Ad Bakker In Memoriam

    Lid geworden:
    20 feb 2009
    Berichten:
    9.124
    Locatie:
    Barendrecht (NL)
    Een gedeelte van deze post heb ik al eerder geplaatst in het "Bouwverslagen - Schepen" forum van "Scheepsmodelbouw" als onderdeel van mijn bouwverslag van de ss Rotterdam op schaal 1:200. Het betreft echter een aspect van toepassing van materialen in de modelbouw dat wellicht ook voor anderen dan scheepsmodelbouwers van interesse kan zijn.
    Ik had het ook in het "Verlijming & Constructie" forum kunnen posten, maar omdat we sinds kort dit "Modelbouwwetenschap" forum hebben vond ik het hier ook wel op zijn plaats.

    Ik zat met het volgende probleem. De achterrelingen van de dekken van de ss Rotterdam vertonen behoorlijke krommingen, zoals op de foto hieronder goed te zien is.

    [​IMG]

    Ik ets die relingen met de ondergelegen "gordijnplaten" waar die tegen bevestigd zijn uit één stuk vanwege de 1:200 schaal waarop ik bouw. Hieronder is zo'n uitgeëtst relingdeel (in dit geval de achterkant van het zonnedek) te zien, voordat het in vorm gebogen is.

    [​IMG]

    De "flapjes" aan de onderkant worden omgevouwen, en dienen als aanslag tegen de onderkant van het dek. Het buigen van deze plaat in de vorm van de dekrand is best wel een tijdrovende klus, want het materiaal (0,3 mm messing plaat) is best wel stug en heeft een grote mate van elastische terugvering. Het is continu een kwestie van een beetje buigen, langs een malletje houden en bepalen waar er nog meer of minder gebogen moet worden. Maar met geduld is dat wel te doen. Echter, zoals op de foto ook al te zien is, op de topreling is een teakhouten "overkapping" aangebracht. Aanvankelijk had ik gedacht dit te modelleren door gewoon de topreling bruin te verven. Maar nadat ik dat eens uitgeprobeerd had vond ik dat er toch te iel uitzien. Via andere speurtochten was ik er al achter gekomen dat er extreem kleine messing profielen zijn, en vandaar dat ik een oplossing volgens onderstaande schets bedacht heb:

    [​IMG]

    Maar het messing U-profiel (1 x 0,6 mm) dat hier als "kap" wordt gebruikt in exact dezelfde vorm brengen als de onderliggende reling blijkt niet te doen. In de eerste plaats ook weer door de grote mate van terugvering, maar ook omdat het bij sterke krommingen gaat plooien, waardoor de opening in het profiel waar de reling in moet vallen dicht gaat staan.

    Als oplossing bedacht ik het "zachter" maken van het profiel door het te verwarmen. Ik weet dat er modelbouwers zijn die dat doen met een gasvlam, en het dan opstoken tot het roodgloeiend is. Het kan zijn dat die daar voor bepaalde toepassingen goede resultaten kunnen bereiken, maar mij lukte het niet. Daarom ben ik op zoek gegaan naar een beter gecontroleerde manier voor het geven van een warmtebehandeling die in een zachter en beter vervormbaar profiel resulteert. Maar hiervoor is wel wat basiskennis van het materiaal nodig. Hieronder een korte beschrijving van wat messing eigenlijk is.

    We maken in de modelbouw veelvuldig gebruik van messing in diverse vormen: plaat, strip, draad, pijp, en diverse profiel typen (H,I,U,L,T). Deze variëteit is in geen enkel ander materiaalsoort verkrijgbaar, tenminste niet in modelbouwafmetingen (van enkele tienden tot enkele millimeters). Daarbij komt dat het een aantrekkelijk materiaal is uit oogpunt van:

    - sterkte;
    - corrosiebestendigheid;
    - vervormbaarheid, zowel koud als warm;
    - bewerkbaarheid, met name verspanende bewerkingen;

    Er zijn honderden messingsoorten, die variëren in chemische samenstelling en de manier waarop de eindtoestand is bereikt (bijvoorbeeld koud vervormen en warmtebehandelingen). Het enige wat ze gemeen hebben dat de hoofdbestanddelen koper en zink zijn, met altijd meer koper dan zink. Ook worden er wel kleinere hoeveelheden van andere materialen toegevoegd, een paar procent lood wordt bijvoorbeeld veel toegepast om de bewerkbaarheid te verbeteren. De productie van messing onderdelen vindt meestal plaats door "ruwe" gietstukken door warme omvorming (walsen, extruderen) tot afmetingen te brengen die dicht bij de beoogde afmetingen liggen. De laatste productiestap is dan altijd een koud vervorming door walsen, extruderen of dieptrekken. Dit wordt gedaan omdat messing zijn sterkte voornamelijk krijgt door koud vervorming.

    Het eerste probleem duikt op als je wilt weten welk type messing je eigenlijk gekocht hebt. Aanvankelijk kreeg ik op mijn vraag aan diverse leveranciers geen antwoord daarop (later wel, zie naschrift). Van "vroeger" kende ik de website "Matweb", een hele grote data base met gegevens over en eigenschappen van een enorm aantal materialen. Als je daar naar messing (brass) gaat kijken kom je al op zo'n 300 variëteiten dus dat is zoeken naar de speld in een hooiberg. Maar als je dan eens goed gaat kijken dan zie je dat voor een groot aantal van deze soorten er een grote overeenkomst is in de opgegeven gloei temperatuur, meestal wordt genoemd 425-750 °C. Dat is een grote range, dus hierbinnen moet je dan nog kiezen. Daarvoor is het belangrijk te weten wat er door het gloeien gebeurt.
    Messing is, evenals de meeste technische metalen, een zogenaamd kristallijn materiaal, populair gezegd als een zak zoutkorrels die doordat er vocht bij gekomen is aan elkaar "gekoekt" zijn tot een klomp. Hieronder een foto van het oppervlak van een kristallijn metaal waarin die kristallen goed zichtbaar zijn. Links vóór koud vervormen, rechts erna (vergroting op het scherm ca. 250x):

    [​IMG]

    Boven een bepaalde kritische temperatuur (de zogenaamde rekristallisatietemperatuur) gaan er zich in de door de koude vervorming opgerekte kristallen nieuwe kristallen vormen, die steeds verder uitgroeien en wat uiteindelijk leidt tot een volledig "gerekristalliseerd" materiaal, waarin het effect van de koud vervorming teniet gedaan is. Dat geeft een aanzienlijke sterkte reductie, maar voor mijn toepassing nog steeds niet voldoende. Bij hogere temperaturen en langere gloeitijden vindt na de rekristallisatie zogenaamde kristal- of korrelgroei plaats, doordat korrels ernaast gelegen korrels "opeten". Nu is het bekend dat de sterkte van een kristallijn materiaal afneemt met toenemende korrelgrootte, dus dat is wat je wilt bereiken.

    Ik heb daarom, mede op grond van nog wat gedetailleerdere informatie uit materiaalkunde boeken, uiteindelijk gekozen mijn profielen te gloeien op 700 °C gedurende ongeveer 90 minuten. De oven die ik hiervoor (via-via) beschikbaar had was maar klein, dus kon ik maar een aantal stukjes van 25 cm op deze manier behandelen. In eerste instantie schrok ik nogal van het resultaat, want het oppervlak zag er nogal aangetast uit. Dat bleek later nog wel mee te vallen na even oppoetsen met staalwol. Verder waren ze behoorlijk vervormd (gekronkeld) kennelijk door de inwendige spanningen door het koud vervormen die "eruit" gekomen waren. Hieronder een vergelijking van het onbehandelde (rechts) en behandelde stukjes profiel (links):

    [​IMG]

    Maar toen ik het oppakte voelde je gelijk al dat het beoogde resultaat wel bereikt was: zo zacht als boter zonder enige elastische terugvering. Het laat zich zetten in elke vorm die je wilt, en de mate waarin plooien optreedt is ook veel en veel minder. Hieronder een korte demonstratie:



    (Nog geeneens zo slecht, als je beseft dat dit m'n allereerste filmpje is dat ik ooit opnam, met mijzelf als script schrijver, regisseur, cameraman, hoodrolspeler en video-editor!!!! Alleen de editor moet nog veel leren, thuis is het eind eraf geknipt, maar op youtube niet)

    Het resultaat was ook zodanig dat het nu probleemloos lukte om het profiel te buigen naar de vorm van de gebogen relingwand. De laatste fine-tuning om de rand precies in de opening van het U-profiel te laten vallen was best nog wel even een tijdrovend karweitje. Ondertussen ben ik er achter dat het beter is het profiel (na in kleur spuiten) over het nog ongebogen reling deel vast te zetten (ik gebruik hiervoor een paar tipjes dikke, trage secondelijm, het heeft toch niets te houden) en dan het geheel te buigen. Voor het tweede dek dat ik moest doen lukte dat ook goed, hieronder het resultaat.

    [​IMG]

    De reling staat hier nog los, de mal om hem tijdens het vastlijmen te fixeren ligt erachter.

    Al met al een positief resultaat. Ik heb wel eens gezien dat bouwers problemen hadden met bijvoorbeeld het in vorm krijgen van sierstrippen op boten, etc. Daarvoor zou dit ook een oplossing kunnen zijn. Wel kan je het natuurlijk alleen toepassen in combinaties waarin het ondersteund wordt door materiaal dat nog wel voldoende stijfheid heeft.
    In principe is het wel mogelijk om het materiaal na het in vorm brengen weer wat stijver/sterker te maken. Maar dat luistert wel veel nauwer, en er zullen wel wat experimentjes voor nodig zijn. Je moet daarvoor weer gloeien boven de rekristallisatietemperatuur, maar kort genoeg om de korrelgroei daarna niet op te laten treden. Dat zal een lagere temperatuur betekenen dan ik heb gebruikt, een kortere tijd en waarschijnlijk is het vanwege de verwachte korte tijd ook aan te bevelen door het uit de oven af te schrikken in water. Dit heeft niet een hardende werking zoals bij (veel) staalsoorten, maar moet ervoor zorgen dat verdere korrelgroei stopt. De oorspronkelijke sterkte in koudvervormde toestand is echter niet meer terug te krijgen.

    NASCHRIFT
    Bij het navragen naar het gebruikte messing voor profielen was ik aanvankelijk vergeten dit ook te doen bij de Metaalwinkel in Rotterdam. Vreemd eigenlijk, want ik haal daar de meeste van mijn profielen vandaan. Maar had zo het idee van "dat weten ze toch niet". Nadat ik het hierboven beschrevene al had uitgevoerd heb ik ze het alsnog gevraagd, en ja hoor, na een paar dagen een keurig antwoord: de profielen waren van CuZn39Pb3. Dat betekent 39% zink, 3% lood en de rest (58%) koper. Na enig zoeken bleek dat in Matweb zogenaamd "Architectual Bronze, UNS 38500" te zijn. Dat is een vreemde benaming, want brons wordt over het algemeen gebruikt voor koperlegeringen met andere elementen dan zink. Maar in dit geval plaatst ook Matweb ze onder de kop "Bronzes". Maakt natuurlijk niet uit, want qua samenstelling is het gewoon een messing soort, en ook de beschrijving klopt. Wat echter wel opvalt is, is dat als gloeitemperatuur 425-600 °C vermeld staat, en is de door mij gebruikte 700 °C dan wel erg hoog. Deze ligt in de opgegeven temperatuur range voor warm omvormen (625-725 °C). Ik had dus beter naar een temperatuur ergens tegen de 600 °C kunnen gaan. Maar dat is wijsheid achteraf, het heeft in ieder geval wel naar tevredenheid gewerkt!!
     
    Laatst bewerkt door een moderator: 13 nov 2015
  2. Micropuller

    Micropuller Forum veteraan

    Lid geworden:
    1 jul 2004
    Berichten:
    6.399
    Kijk, en dit is dus precies waar een forum voor bedoeld is!
    Hoewel ik absoluut niet in de scheepsmodelbouw zit, heb ik dit stukje toch met grote aandacht gelezen en ik denk dat velen er hun voordeel mee kunnen doen.
    Complimenten voor deze informatieve post en overigens ook voor het prachtige model :thumbsup:
     
  3. steffe

    steffe

    Lid geworden:
    20 dec 2004
    Berichten:
    1.479
    Locatie:
    Belgie
    ad


    dat is gewoonweg....."klasse"
    prachtig !!!! uitstekend !!!
    om zoiets te maken heb je ..."engelengeduld" nodig


    steffe
     
  4. Psygho (Emil)

    Psygho (Emil) Forum veteraan

    Lid geworden:
    7 jan 2004
    Berichten:
    15.654
    Locatie:
    Prov. Drenthe.
    Zo das mooi om te lezen!, zal het nooit gebruiken, maar wel machtig interresant! top man!
     
  5. ShadesInBlack

    ShadesInBlack

    Lid geworden:
    21 mrt 2006
    Berichten:
    3.350
    Locatie:
    Gavere/België
    oh dat weet je nooit hé. Erg interessant!
     

Deel Deze Pagina