Cryogenic Processing and Stress Relief

[500 Phantom]

Hei.

 

jeg husker for en ti års tid siden så var dette noe som man bare måtte gjøre for å være kongen på haugen hvis man bygde custom rifler med maks presisjon. etter denne perioden på 1990 tallet så har dette mer eller mindre gått i glemmeboken og er ikke diskutert i det hele tatt i dag. var dette bare en mote ting eller kan man merke noen forbedring av presisjonen med slik behandling?

er dette først og fremst noe man bør vurdere på rifler som har ett presisjonsproblem eller er det noe som alle bør gjøre med riflene sine? kansje spesiellt for match og 5 klasse skyttere i DFS?

hva er kostnadene for å gjøre dette med en rifle?

 

Håper det er noen med fagkompetanse som kan gi en orientering om emnet.

 

jeg fant dette på nettet:

 

 

Cryogenics is the study of how materials react at very low temperatures - usually bellow -180 C. This figure was chosen as a dividing line since the boiling points of 'permanent gases' such as helium, hydrogen, neon, nitrogen and oxygen, are all below -180 C, while the boiling points of the Freon refrigerants are above -180 C.

 

The History of Cryogenic Stress Relief

 

One of the most important breakthroughs in the field of cryogenics occurred in 1945, when scientists discovered that materials frozen to very low temperatures showed more resistance to long term wear. This discovery lead to the founding of the CryoTech company, who specialized in cryogenic processing by Ed Bush, in 1966.

 

Cryogenic Processing and Stress Relief

 

Cryogenic stress relief is very effective in relieving stress from parts before, during, and after machining. This stress relief process is very thorough, assuming that the warm up process is very slow and deliberate. If you rush the process, you end up re-introducing residual stress back in to the parts.

 

Metal parts, castings, forging, plastica, and composite materials all respond well to cryogenic processing. It is a non-destructive process, which does not affect the carbon content of steel, and leaves any surfaces clean and free of oxides. Unlike heat stress relief, there is no discoloration. The process essentially deadens the stress in welded or machined components, and can make a big difference to the durability of parts requiring intricate machine processing.

 

Aluminum can benefit from cryogenic stress relief, as can non-ferrous metals. They become stronger and tougher as a result of the densification of their molecular structure, making them as close to stress-dead as possible.

 

Changes in Molecular Structure

 

One of the main practical questions is what can be done to relieve the stresses before machining? Advances in cryogenics have revealed that when parts are treated to temperatures of around -300 F, at a controlled time / temperature cycle, all internal stresses are revealed. This is because of the alignment of the molecular structure that was distorted during the process. When parts that have been through cryogenic stress relief are machined, there will be no distortion on the machined surface. If there is any distortion, it will be due to improper machining, or dull tools.

 

Cryogenics is still a relatively new science, and it is one that has a bright and promising future.

 

Darlyn Burkle writes about various kinds of stress and stress related issues. Avoid stress related illnesses in your family by finding out how stress management helps illness Sign up for our FREE newsletter and make stress and health management a priority in your family.

[Keith]

Så å fryse ned løpet, lenge etter at stålet er støypt ut, hamra til og herda skal gjøre noen forskjell?

 

Da må jo børsene på Røros og på indre Finnmarksvidda gå best i landet da......

 

Råtips: et motepåfunn som bare kan ha oppstaått i California eller Florida, hvor kulde er et uvanlig fenomen. Jeg cryobehandler løpene hver gang jeg er på harejakt....

[M67]

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Edited December 3, 2013 by Guest

[Clakz]

Har dere 200 minus på finnmarksvidda?

[Rufus]

Er ikke sikker på om dette har noe for seg siden jeg ikke har hørt om noen BR skyttere som gjør dette.

[Keith]

Dette er MOTEBØLGER som kommer og går, til dels drevet fram av New-Age filosofer som har investert i datastyrt cryogenic processors til en million bucks.....

 

Det beste sporet på at dette er noe tull er nettopp at det går i bølger, noen få prøver, og ca halvparten sier at det virker (slå opp placeboeffekt på wikipedia og les det som står der noen ganger og FORSØK å lær noe....) halvparten sier alltid at det virker..... (slå opp J.P. Barnum)

 

Så kjøper enda noen flere og halvparten av dem igjen sier det er bra også videre og videre.

 

Inntil massen av dem som sier at det ikke virka blir så stor (kritisk masse?) at bølgen dør ut igjen.

 

Og da switscher croygenikerne over til noe annet for ei stønn - som feks å skjære hodet av lik og oppbevare det i en spesialbygget cryogenisk tank med plass til 5 hoder på et revolveroppheng (grøss!) i påvente av en "mirakelkur" mot kreft......

 

Men for all del den som har for mye penger....... men hei hvorfor ikke sende penga direkte til MEG i stedet, det gjør like godt å gjøre en god gjerning!

Edited July 4, 2008 by Guest

[M67]

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Edited December 3, 2013 by Guest

[Keith]

Keith sa: ..

forbanna tull..

Har du ellers noe konstruktivt å bidra med?

 

Forøvrig er det vel i motor/trimme-industrien dette er mest populært.

 

K

 

Ja som feks at dette alltid koker ned til Å TRO eller IKKE TRO, hver gang dette kommer igjen.

 

Sammenligne med de berømte Kentucky-riflene: det å lage våpen med riflet løp ble ingen bølge, fordi effekten var uomtvistelig, målbar, repeterbar og enkel å fatte for alle.

 

Med cryogenics forholder det seg akkurat som med molycoating av kuler og skytepussing av løp :

 

Ingen av de tre kan på noen måte sies å være " uomtvistelig, målbar, repeterbar og enkel å fatte for alle."

[Keith]

Har dere 200 minus på finnmarksvidda?

 

 

Enkel innføring i hvordan kulde påvirker stål:

 

Gå ut i skogen og kapp ned et grantre. Hogg inn ei øks i stubben og la det stå natta over med temperatur under 10 minus i skogen.

 

Om morran forsøker du å løsne øksa, og du vil som regel oppleve at øksehodet går tvert av, der økseeggen er slått inn i trestubben.

 

Da virker cryogenics langt unna 200 minus!

 

 

Men lar du øksa stå og venter til det har tinet i skogen igjen, kan øksa løsnes på vanlig måte og stålet er akkurat like seigt som før.

 

Nedfrysingen har i høyden fort til en temporær forandring i stålet, ingen varig endring som påvirker materialets egenskaper merkbart.

 

For å endre stålets egenskaper varig og merkbart må det først varmes opp til man får faseendring, og deretter bråkjøles, helst med en svak oppvarming etterpå....

 

Det kalles herding og krever helt andre temperaturer OG ENERGINIVÅER enn man snakker om her. Som kjent øker energinivået med økende temperatur, og det skal mye energi til for å endre krystallstrukturen i stål varig og merkbart.

 

Men for all del: send gjerne penga dette koster direkte til meg!

[500 Phantom]

Hehe

 

mye negativt her ja. men det må da være mulig å få et mere vitenskaplig svar på effekten av slik behandling.

ikke bare en plasebo utredning.

[Keith]

Det tviler jeg sterkt på lar seg gjøre! I allefall om du skal ha et solid og velfundert svar.

Gjetniunger og antakelser derimot florerer det av.

 

Still deg spørsmålet: KAN det virkelig være muilig at de store fabrikkene har SÅ DÅRLIGE metallurger ansatt at de har sett helt bort fra dette, dersom det virker?

 

Smith & Wesson har et av USA's mest velrennomerte støperier, og har kastet seg inn i riflemarkedet igjen, blant annet ved å kjøpe opp Thompson/Center....

Remiongton er vel størst i verden på ypperlige jaktrifler...

 

De lager våpen med riflet løp fordi det VIRKER, helt udiskutabelt og uomtvistelig.

 

Crygenics har vært oppe i diskusjone, gang på gang de siste 20 år, i hvertfall.

 

Det er ikke tvil om at de dyktige fagfolkene, bare hos disse to produsentene kunne ha lagt opp en like billig, ja mye billigere prosess enn å RIFLE løpene med cryo, i stedet for de amatørmessige og tungvinte løsningene cryo-folket har, som tar oseaner av tid for noen få løp i gangen og som er jæklig dyre både i innkjøp og i bruk.

 

Storskaldrift ville ha redusert prisen dramatisk.

 

Men ingen med skikkelig kunnskap på å lage gode løp gjør dette.

 

Hvorfor? Det ville uten tvil gi en markedsmessig fordel.

 

Dersom en kunne BEVISE at det virker.

 

Inntil Remington leverer dette som standard option forholder jeg meg rolig.

 

Bevisbyrden hviler hos de som påstår at dette virker.

[LeBoost]

Så de fleste Herrer her mener at Nikken (verktøyleverandør, av de beste i markedet...)tar feil når de leverer verktøyholdere som er kuldebearbeidet?

Ut i fra erfaringer i industrien er dette verktøy som har helt eksepsjonelle egenskaper med tanke på material og formstabilitet.

All temperaturforskjeller påvirker materialer på permanent basis, kulde som varme.

[Keith]

Og en eksepsjonell pris da?

 

Ja ja NOE må en gjøre for å overleve i konkurranse med kineserne og all PR er god PR.....

[Poacher]

Under VM i BR 2005 ble bl.annet det Norske landslaget invitert hjem til fam.Bond. Her var det Fru Bond som hadde eget firma som drev med Cryogenic Processing.

Dette sto å "jobbet" i garasjen mens vi var der. Hun behandlet i all hovedsak skjæreblader til papirindustrien. Fortalte at bladene holdt skarpheten lengre. Siden Hobie (mannen hennes) er litt involvert hos Kelbly custom rifles så hender det at noen skulle/ville ha cryo løp.

 

Styringsenhet på maskinen

 

Selve "frysebox'n"

 

Dette ser dere hva er

 

Når vi gikk om kvelden var temperaturen:

[HS Precision]

Smith & Wesson har et av USA's mest velrennomerte støperier, og har kastet seg inn i riflemarkedet igjen, blant annet ved å kjøpe opp Thompson/Center....

Remiongton er vel størst i verden på ypperlige jaktrifler...

Uten på noen som helst måte å påstå noe om cryo/løp, kan jeg heller fortelle at fordi ikke Remington eller noen andre komersielle bruker dette eller andre ting, har det sin helt naturlige forklaring; Det KOSTER. Det koster for mye å forbedre bare liiiitt til.

Bedding eks....Virker, og er uomtvistelig i dokumenterte egenskaper. Remington bedder ikke trestokkene(I min 600 fra 1966 gjorde de det...) fordi den gemene hop ikke bryr seg en døyt om rifla klatrer på 4-5 skuddet eller vrir seg 4 cm i regnvær. Det bryr entusiastene(oss?) seg om, og bedder selv etterpå, og setter på ditt og datt.

Jeg velger hvertfall ikke halvfabrikata Remington som referanse for industrien men billige...Åja

 

Jobber selv i metallindustrien og vet at en får varige strukturendringer i metaller ved temp. begge veier.

[Keith]

Du skriver selv:

"å forbedre bare liiiitt til."

 

Slikt er vanskelig å dokumentere, derfor merkes det vel ikke da for vanlige folk.

 

Det betyr enkelt sagt at det ikke eksisterer det, for dem,

 

Dersom det hadde samme effekt som rifling av løp (signifikant forskjell) hadde alle brukt det.

 

Ingen nekter deg eller andre å henge på absolutt alt dere vil av dupeditter, innklusive nedspeika piper.................

 

Varige strukturendringer får man ved å varme opp først også arrestere endringen med en rask avkjøling. OG DET ER DOKUMENTERBART OG LETT Å DEMONSTRERE.

 

Skulle man gjøre noe slikt med en ferdig pipe, riflet og polert, hadde vi fått sett mange merkelig kammer og kaliber, fordi denne prosessen følges helt ufravikelig av til dels ukontrollerbare dimensjonsendringer. Det er derfor at skeptikerne rynker brynene når et vidundermiddel plutselig skal løse alle problemer, enten det heter molycoating, kryogenikk eller skyteforming av løp.

 

Gammelkara visste at det gikk bare en vei til perfekte resultater: gjennom helvetes mye hardt arbeid.

 

Det har blitt erstattet av en kultur hvor man tror at man kan kjøpe seg alt uten arbeid.

[500 Phantom]

hei alle sammen jeg fant denne beskrivelsen av hva som skjer når man cryo behandler stål.

 

jeg syntes den var meget forklarende.

 

Cryogenic Treatment of Steels and Gun Barrel Accuracy

 

 

Steel is a complex substance. It is not an element, like iron or copper, nor is is a compound, like water or salt. Steel is a "solid solution" of various elements and crystaline structures, frozen in place when it is cooled. There are two major types of steels, plain carbon steels and alloy steels. Plain carbon steels consist almost entirely of iron and carbon, with the carbon ranging from 0.1 to 2.3% by weight, while alloy steels have additional elements such as manganese, chromium, molybdenum, silicon, cobalt, tungsten, etc. Since each alloying element causes different changes to the structure of the steel, and since different combinations may act in unexpected ways, we'll concentrate on plain carbon steel.

 

When you heat a bar of steel to about 1400F, a transition occurs. The carbon and iron molecules form a face centered cubic (fcc) structure known as austenite. Austenite is non magnetic, and very soft and ductile. If you want to forge steel, you generally do it above this temperature where the steel is easy to work. When the austenite cools, the carbon diffuses out to form cementite particles, leaving behind layers of pure iron in a body centered cubic (bcc) structure known as ferrite. This layered structure of ferrite and cementite is known as pearlite (the layres make it appear iridescent at high magnification). Annealed steel is in the pearlite state, and it is soft and very tough, since the layers of cementite and ferrite slide over each other easily.

 

If the austenite is cooled very quickly, so that the carbon has no time to diffuse and form layers of pearlite, then we end up with a new structure. The removal of the carbon forms martensite, which is a tetragonal crystal, and free carbon. The carbon distorts the crystal lattice of the martensite, placing it under considerable stress, and this stress is what makes martensite hard and brittle. Martensite is an unstable structure, and aging the steel will allow the carbon to diffuse and form pearlite, although this can take thousands of years at room temperature. The diffusion is sped up considerably with increased temperatures; at a 1000F it happens almost instantly, and you're left with nearly pure pearlite. Plop a good, high carbon steel file (nearly pure martensite) into an oven at 600F, and you'll get a softer, tougher steel that makes a good knife blade, since a certain portion of the martensite will convert to ferrite and cementite.

 

The reason martensite is so hard is the residual stress from the rapid cooling. The tetragonal structure of the martensitic crystals is distorted by the free carbon, and the resulting stresses in the matrix make the structure resistant to deformation. For example, the method used in the making of Japanese katana blades: wrap the back edge of the blade blank in clay, heat it to austenizing temperatures, and quench in water; the exposed edge cools very quickly, resulting a file-hard edge of nearly pure martensite, while the back edge cools slowly, resulting in a tough, largely ferrite-cementite structure. The curve of the blade is a result of the cooling: martensite is a less dense form of the steel, so the contraction of the back edge of the blade is what gives it the curve. I've austenized a file and quenched one edge in water; the difference in length of the martensitic and ferrite-cementite edges warped the 6 inch long file about 1/8 of an inch. Heat the file back up, and the martensitic side contracts, the stress is relieved, and the blade straightens.

 

Cryogenic treatment claims to "improve" steels by converting any retained austenite to martensite. This is done by cooling the steel from the initial quenching temperature (room temperature) down to a very low temperatore (usually 77K, the temp of liquid nitrogen). The normal method is a slow cooling over a period of a couple of hours to the desired temperature, leaving it there for 16 to 20 hours, then bringing it slowly up over a period of several hours to 400K, and letting it cool to room temperature.

 

This statement goes against the previous description of the formation of martensite, which says that the transformation from austenite must be rapid to form the "solid solution" of martensite; if it is done slowly, then the carbon will have time to diffuse and form pearlite. The heating to 400K is a tempering stage, raising the steel above it's "quenching" temperature of 77K, and converting martensite to ferrite and cementite, which does toughen the steel but must also reduce the hardness (you can't have it both ways).

 

Link to a table showing quantitative results of 77K and 189K cryogenic treatments of various steels with respect to wear resistance. Note: This chart only concerns wear resistance, it says nothing about the hardness or toughness of the steel, which are far more important to a gun barrel.

 

The tool steels, which generally have high alloy content, exhibited a significant increase in wear resistance after the 77K treatment and a lesser increase after 189K treatment. Stainless steels showed a small improvement with cryotreatment, but the difference between the 77K and 189K was less than 10%. The plain carbon steel and the cast iron showed virtually no change in wear resistance with treatment. This is consistent with the theory that the cryogenic treatment deals with austenite, since the alloy steels tend to retain large amounts of austenite, and they form martensite when cooled at a much slower rate. For example, the A series of tool steels can be cooled down from the critical temperature over a period of hours and still form the hard structure; to soften an A series steel, it must be cooled over a period of days. The fact that carbon steel did not react to the cryo treatment and the stainless steels did implies that the cryo treatment relies on some factor of the alloy hardening process.

 

Rifle barrels are either stainless steel or a low alloy, medium carbon steel (Shilen uses 4140 chrome-moly and 416 stainless), and therefore would show minimal if any change in wear resistance.

 

Here's what Lilja, maker or world record holding rifle barrels, has to say about cyrogenic treatment:

 

"The cryogenic treating of barrels at a temperature of -300 degrees below zero [77K] has been a hot topic of discussion lately. Our short answer is that it will not harm your barrel but we are not completely convinced of all of the benefits claimed by some. The only benefits that we feel are likely to result from the treatment are possibly a longer barrel life and a slight increase in machinability."

 

Claims for increased accuracy through stress relief are not founded in our opinion. When barrels are button rifled no material is removed, it is just displaced. This causes stresses to be formed in the steel. If these stresses are not removed problems will result. These negative conditions include warping of the barrel during other machining operations, an increase in the bore diameter towards the muzzle end of the barrel during the contouring phase, and in the extreme, lengthwise splitting of the barrel. Also, if there are stresses remaining in the barrel they can be slowly released as a barrel warms up during firing. This causes the barrel to actually move during the course of shooting, causing inaccuracy."

 

In our testing we have found that the only effective means to completely remove the types of stresses introduced during rifling are with conventional heat treating using elevated temperatures. The -300 degree treatment alone will not remove these stresses. We have been told by a knowledgeable metallurgist that the deep cold treatment will, at best, remove up to 6% of the remaining stresses in the type of steel used for rifle barrels. The key words here are remaining stresses. In other words if the barrel was not stress relieved conventionally, then only 6% of the original stress will be removed. If the barrel has been treated conventionally with heat and then brought through the -300 degree cycle, up to 6% of any remaining stresses could be removed by the cold treatment. We do know through our testing that the cold treatment alone will not remove any significant amount of stress and that the problems outlined above concerning stress will remain in the barrel."

 

So, because of the very limited amount of stress that could be removed with the cold treatment (if the barrel has been properly stress relieved with heat as our barrels are) we do not believe that there can be much if any accuracy benefit to the -300 degree treatment of our barrels. It is for these reasons that we feel the cold process has very little potential for increasing the accuracy of our barrels. In our opinion, other than the removal of these stresses, there are no other mechanical factors involved that could benefit accuracy in a rifle barrel, resulting from a heat treating operation, either hot or cold."

 

For reasons not completely understood however there may be an increase in the wear resistance of the steel. This type of wear however does not contribute greatly to barrel erosion. We invite you to read our comments on this type of barrel wear in the question regarding the use of moly coated bullets."

 

Another possible side benefit to the freezing process is a slight increase in its machinability."

 

Post Script: Since I originally wrote this an excellent article by Kevin Thomas of Sierra Bullets was printed in the September, 1998 issue of Precision Shooting magazine. Mr. Thomas found, in a controlled test, that there was little benefit to deep freezing match grade barrels. He could see no difference in accuracy but probably a slight increase in useful life. I would encourage anyone interested in this subject to take a look at this article."

 

And from the section on moly coated bullets refferred to above:

 

"The key to this type of erosion is that it is caused by hot powder gases under high pressures and not by friction between the bullet and the barrel. We have read a report from a military test that examined this type of barrel wear. It was found that over the course of tens of thousands of rounds the actual groove diameter of the barrel was only increased by a few ten thousandths of an inch. It is this type of wear that moly might prevent or slow down. But in this test the throat area grew progressively longer and larger in diameter from gas erosion, not friction between the bullet and barrel."

 

And from Shilen, another world class rifle barrel maker:

 

"If you have heard that the cryogenic treatment stress relieves steel, this is false. We have measured the residual stress in 4140 and 416 steel with a process called x-ray diffraction. After much R&D, we have not been able to measure any changes in molecular stress after cryo treatment. For this reason we do not endorse the cryogenic process, but we can safely say that it is not detrimental to the barrel either."

 

Keven Thomas did a comparison of three identical rifle barrels, two of which were cryogenically treated and one of which was not, with comparisons of groups before and after treatment. His test, refferred to by Lilja, showed no change in accuracy in the cryogenically treated barrels.

Edited July 6, 2008 by Guest

[500 Phantom]

til dere som vanker i Bench Rest miljøet, er dette noe som er helt vanlig å gjøre med deres rifler eller tar dere forklaringen fra Lilja for god fisk og konsentrerer dere om andre faktorer.

[900SS]

Alle Badger løp er Cryobehandla uten at de reklamerer med det. Sikkert flere av de kjente som driver med dette.

[LoD]

For å finne metodene som utgjør det lille ekstra kan man ikke se på serieproduserte rifler. Det er i konkurranse på høyt nivå dette har noen betydning. Man har derfor ikke pneumatiske ventilstyringer på en golf, men i en formel 1 bil er det mye rart .

Om dette har noen effekt vil det antageligvis bli oppdaget av konkurranse skyttere der penger ikke er ett tema.

[Morgan Cane]

Hvordan klare man å lage en sammenlignende test med tre identiske løp?

 

Det i seg selv virker som en selvmotsigelse for meg siden jeg tviler på at det er mulig å produsere tre identiske løp

[ATK]

"Varige strukturendringer får man ved å varme opp først også arrestere endringen med en rask avkjøling. OG DET ER DOKUMENTERBART OG LETT Å DEMONSTRERE"

 

Dette er en feil generell påstand. Den gjelder bare for stål som har karboninnhold nok til å danne martensitt etter oppvarming til temperaturer hvor strukturen i stålet går fra ferritt til austenitt med påfølgende "bråkjøling".

For noen stål, bl.a. AISI 316 er det slik at man bråkjøler stålet etter oppvarming for å unngå kornvekst ved høy temperatur over tid. Disse stålene har lite karbon og mye nikkel som gjør at de forblir austenittiske også ved romtemperatur.Ved å holde høy temperatur over tid, for austenittiske stål med litt karbon i legeringen, kan strukturen endre seg og skadelige strukturer kan oppstå. Dette kan forekomme ved f.eks. sveising hvor aterialet ikke kjøles raskt nok ned.

 

Om det hjelper på noe som helst å fryse ned et løp vet jeg ikke. Det er alment akseptert at kjemiske prossesser går langsommere ved lav temperatur enn ved høy temperatur. Imidlertid så er -180 grader C ganske langt over det absolutte nullpunkt, så noe kan jo skje med struktur i stål bare man gir det tid ved lave temperaturer. F.eks. så vil arbeidsherding av noen aluminiumslegeringer(som stort sett er austenittisk materialer) gå ut over tid ved romtemperatur.

 

Frysing av piper har vel ikke så langt vist seg å gi så store fordeler at man kan forsvare kostnadene. Om noe mer vil skje vedrørende "kryonisering" av metall på sikt vil tiden vise.