Obróbka kriogeniczna – czym właściwie jest?
Obróbka kriogeniczna znana jest także jako tzw. wymrażanie, obróbka podzerowa, czy też obróbka niskotemperaturowa. Jest to proces, w którym różnego rodzaju materiały wystawia się intencjonalnie na działanie bardzo niskiej temperatury. Jest ona generowana przez tzw. czynnik chłodniczy, czyli np. ciekły azot. Obróbka kriogeniczna może wpływać na materiały na wiele różnych sposobów. Stosuje się ją przede wszystkim w celu poprawy ich właściwości. Może bowiem zapewnić im np. większą wytrzymałość, czy też dłuższą żywotność.
Jakie zastosowanie ma obróbka kriogeniczna?
Obróbka kriogeniczna znajduje coraz szersze zastosowanie w wielu branżach i różnych gałęziach przemysłu. Wynika to przede wszystkim z tego, że daje doskonałe efekty w przypadku materiałów różnego rodzaju. Z dotychczasowych badań i doświadczeń wynika, że proces ten zapewnia satysfakcjonujące rezultaty m.in. w przypadku metali żelaznych i nieżelaznych, stopów metali, węglików, krzemianów, a także tworzyw sztucznych, w tym np. teflonu czy nylonu.
Prawdziwy przełom, czyli niskie temperatury w obróbce metali
Warto wiedzieć na pewno, że obróbka kriogeniczna przyniosła prawdziwy przełom w zakresie obróbki metali. Okazało się bowiem, że do hartowania stali można wykorzystać nie tylko proces obróbki cieplnej, ale także działanie niskich temperatur.
Jakie korzyści daje obróbka kriogeniczna metali? Do zalet jej stosowania można zaliczyć z pewnością to, że niska temperatura poprawia wytrzymałość i twardość metalu. Dzieje się tak m.in. z uwagi na to, że umożliwia przekształcenie miękkiego i niestabilnego austenitu w twardy martenzyt. W efekcie wykonane z metalu przedmioty są bardziej odporne na zużycie i wysoko odporne na uszkodzenia czy różnego rodzaju odkształcenia. Poza tym obróbka kriogeniczna zapewnia metalom większą gęstość, a także niższe naprężenia i mniejszą kruchość. Umożliwia też obniżenie współczynnika tarcia.
Obróbka kriogeniczna i jej najważniejsze zalety – dlaczego warto ją rozważyć?
Dlaczego warto pomyśleć o zastosowaniu obróbki kriogenicznej w praktyce? Na pewno dlatego, że jest to metoda o wielu zaletach. Do jej najważniejszych atutów zalicza się przede wszystkim:
-
szerokie zastosowanie – obróbka w niskich temperaturach znajduje zastosowanie w różnych procesach przemysłowych i w przypadku różnych materiałów. Z powodzeniem wykorzystuje się ją zarówno do elementów maszyn i narzędzi, jak i materiałów, z których produkuje się przedmioty codziennego użytku. Ma więc w sobie dozę uniwersalności;
-
korzystny wpływ na materiał i jego właściwości – dzięki obróbce kriogenicznej można w prosty sposób wyraźne poprawić właściwości materiału. Z reguły bezpośrednio przekłada się to na jego jakość, trwałość i wytrzymałość;
-
ekologia – warto zaznaczyć również, że obróbka kriogeniczna jest metodą ekologiczną. Dzięki niej można np. ograniczyć korzystanie z cieczy chłodzących.
Zastosowanie ciekłego azotu w obróbce kriogenicznej – dlaczego ma on w niej kluczowe znaczenie?
W obróbce kriogenicznej powszechnie stosowany jest ciekły azot. Proces przeprowadzany z jego udziałem jest bowiem najbardziej wydajnym sposobem uzyskiwania niskiej temperatury w różnych gałęziach przemysłu. Odpowiadają za to przede wszystkim jego specyficzne właściwości.
Czym właściwie jest ciekły azot? Otóż jest to skroplony, niepalny, nietoksyczny, obojętny chemicznie, bezwonny i bezzapachowy gaz o ekstremalnie niskiej temperaturze. Wrze on przy -196°C, a krzepnie przy -210°C. Na skalę przemysłową do produkcji azotu w formie ciekłej wykorzystuje się proces destylacji powietrza.
W jaki sposób przeprowadza się obróbkę kriogeniczną ciekłym azotem? Najczęściej stosuje się do tego specjalne komory czy wymrażarki. Materiał jest umieszczany w ich wnętrzu, a następnie, zgodnie z ustawieniami urządzenia, traktowany jest oparami ciekłego azotu. Generuje to niską temperaturę i przy odpowiednio długim czasie trwale zmienia właściwości obrabianych przedmiotów.
Inne rodzaje obróbki kriogenicznej stosowane w procesach przemysłowych i codziennym życiu
Choć o obróbce kriogenicznej najczęściej mówi się właśnie w kontekście hartowania metali i niemetali, to warto zaznaczyć, że niskie temperatury znajdują zastosowanie także w innych gałęziach przemysłu, dziedzinach nauki, czy też w codziennym życiu.
Warto wiedzieć, że obróbkę przeprowadzaną z udziałem ciekłego azotu można wykorzystać np. do cięcia metali metodą laserową. Umożliwia tym samym kształtowanie różnego rodzaju blach czy profili. Poza tym ciekły azot coraz częściej stosowany jest w dużych ilościach w przemyśle spożywczym. Służy w nim m.in. do mrożenia produktów spożywczych, czy też do tzw. kriomielenia, np. przypraw.
Na co dzień z obróbką kriogeniczną można spotkać się nawet w lokalach gastronomicznych. Niskie temperatury generowane przez ciekły azot wykorzystywane są w nich do tworzenia dań kuchni molekularnej. Pozwalają jednak przygotować także nietypowe drinki, czy też różnego rodzaju lody.
Poza samą obróbką kriogeniczną ciekły azot jest powszechnie stosowany jako czynnik chłodniczy. Służy m.in. do chłodzenia procesów chemicznych i produkcyjnych w branży chemicznej, spożywczej czy farmaceutycznej.
Praca z ciekłym azotem – co trzeba na ten temat wiedzieć?
Zastosowanie ciekłego azotu w obróbce kriogenicznej ma wiele zalet. Po przejściu w fazę ciekłą zyskuje on bowiem unikalne właściwości i jest stosunkowo łatwy w przechowywaniu. Warto jednak zaznaczyć, że z uwagi na ekstremalnie niską temperaturę jest to substancja, której trzeba zapewnić odpowiednie warunki.
W temperaturze pokojowej ciekły azot intensywnie wrze i błyskawicznie odparowuje. Aby utrzymać go w stanie ciekłym, a tym samym móc zachować jego właściwości, należy przechowywać go w niskich temperaturach. Służą do tego specjalne pojemniki, czyli naczynia Dewara. To wyróżniające się specyficzną konstrukcją zbiorniki zbudowane z podwójnych ścianek. Dzięki obecnej między ściankami próżni technicznej zbiornik chroni ciekły azot przed ciepłem, a tym samym pozwala go transportować i magazynować.
Warto jednak zaznaczyć, że przy przechowywaniu ciekłego azotu nie da się w 100% uniknąć jego strat. Gaz ten bowiem nieustannie się ulatnia, przez co konieczne jest jego regularne uzupełnianie. W praktyce producenci naczyń Dewara określają straty w skali dobowej poprzez parametr zwany sprawnością naczynia. Jeżeli wynosi ona np. 0,1 l, to oznacza to, że w ciągu doby z naczynia odparuje 0,1 l ciekłego azotu. To, jak długo skroplony azot może być przechowywany w naczyniu, zależy przede wszystkim od sprawności i pojemności stosowanych zbiorników. W przypadku dewarów dostępnych w naszym sklepie internetowym okres ten może wynosić np. od 63 dni do nawet 252 dni.
Podstawa pracy z ciekłym azotem, czyli bezpieczeństwo
W zakresie pracy z ciekłym azotem kluczową rolę odgrywa zawsze bezpieczeństwo. Trzeba bowiem pamiętać, że choć substancja ta jest pod wieloma względami bezpieczna, to sporym zagrożeniem może okazać się jej ekstremalnie niska temperatura. W kontakcie z tkankami ciekły azot może błyskawicznie spowodować dotkliwe oparzenia lub odmrożenia. Musi być więc wykorzystywany z rozwagą i przy użyciu odpowiedniego sprzętu. Dla zabezpieczenia tkanek niezbędny jest poza tym specjalny strój ochronny.
Kluczową kwestią umożliwiającą bezpieczną pracę z ciekłym azotem jest też wybór odpowiednich pojemników. Należy pamiętać, że naczynia na skroplony azot muszą być wysokiej jakości i powinny posiadać odpowiednie atesty. Bardzo ważne jest też, aby właściwie je przechowywać.
Obróbka kriogeniczna przeprowadzana z udziałem ciekłego azotu daje wiele różnego rodzaju możliwości. Wykorzystanie tej metody może wpłynąć korzystnie na trwałość produkowanych wyrobów, czy też wydajność procesów przemysłowych. Trzeba jednak pamiętać o tym, że ciekły azot musi być wykorzystywany z rozwagą i stosowany przy użyciu odpowiedniego sprzętu. Kluczowe znaczenie mają w tym zakresie zawsze naczynia Dewara – w wielu różnych wariantach do wyboru znajdziesz je w ofercie naszego sklepu internetowego.