Prostowanie monet - teoria

Jeżeli do waszego zbioru trafiła kiedykolwiek moneta, która ugryziona zębem czasu, została pokrzywiona, to ten artykuł z pewnością was zainteresuje.

Sam posiadałem kilka monet, które niestety zniszczyłem przy próbie prostowania własnymi metodami, lub pod wpływem herezji zaczerpniętych z internetu.

Dziś, będąc absolwentem inżynierii materiałowej, wiem więcej na temat metali i wszelkich przemian jakie dokonują się w ich strukturze podczas krzywienia. Dowiedziałem się wiele na temat technik, które powinno się stosować, aby pokrzywionym monetom przywrócić ich dawne piękno.

Sprawa, nie ukrywam, jest bardzo trudna i istnieje wiele czynników, które mogą przyczynić się do niepowodzenia całej operacji. Pamiętajmy, że stara moneta to nie blacha, która właśnie wyszła z huty w udoskonalonym procesie technologicznym, lecz krążek wykonany przy pomocy dość prymitywnych technik. W dawnych czasach nie posiadano takiej wiedzy na temat procesów metalurgicznych jak obecnie, więc większość monet, jakie wtedy wytwarzano, posiada wiele wad materiałowych. Problem eskaluje jeżeli dołożymy te kilkaset lat oddziaływania różnych czynników atmosferycznych, gleby, wilgoci, temperatury itd.

Zacznijmy od odpowiedzi na pytanie, czym tak naprawdę jest moneta z punktu widzenia struktury metalu. Składa się ona z mieszaniny mikroskopijnej wielkości ziaren ciasno ze sobą spasowanych. Im mniejsze są ziarna tym twardszy jest metal jednak jednocześnie staje się bardziej kruchy (podatny na pękanie). Znajdzie się tam również szereg defektów takich jak:
mikropękniecia, czyli uszkodzenia na granicy ziaren, zerwanie spójności ziaren w procesach wytwarzania blachy bądź samej monety (uderzenie stempla np.)
wtrącenia, czyli ciała obce, zanieczyszczenia, produkty korozji itp
faktura, czyli kierunkowość układu ziaren spowodowana np. walcowaniem blachy
segregacja, czyli nierównomierne wymieszanie składników

Do tego należy dodać niewidzialne zjawiska, czyli wszelkiego rodzaju naprężenia wewnętrzne spowodowane obróbką plastyczną, procesami wytopu, obecnością dodatków stopowych itp.

Teraz wyobraźcie sobie, że taka monetka obrywa w ziemi pługiem i zakładając, że nawet to przetrzyma nie przecięta, trafia z babcinego ogródka, po powiedzmy 400 latach do was.
Błąd, jaki popełnia wielu to prostowanie pod wpływem chwili od zaraz. Bardziej cierpliwi próbują to zrobić trochę bardziej subtelnie, powoli, pencetą, kawałkiem drewienka itd. Ci jeszcze bardziej cierpliwi szukają pomysłu na prostowanie w internecie. Znajdują na różnych forach super porady typu: rozgrzanie nad palnikiem nad otwartym ogniem, ściskanie w imadle i temu podobne. Oczywiście 99% przypadków korzystania z powyższych technik kończy się w najlepszym przypadku oszpeceniem monety lub przełomem biegnącym wzdłuż dawnego zagięcia.

No i zaczyna się lament i zastanawianie się, czemu tak się stało. Odpowiedź jest w gruncie rzeczy prosta.

Użyjmy zatem jeszcze raz wyobraźni i przenieśmy się kilkaset lat wstecz. Stoimy teraz przed wielkim tyglem, z którego za chwilę wyleje się stop srebra z miedzią. Srebra z miedzią i tym co wpadło tam niechcący:). Stop srebra oczywiście słabiutki, bo wojna, bo skarb pusty itd. Srebrny, skrzący się strumień wylewa się z tygla do form wykonanych ze stali. Formy płytkie, bo i blacha cienka musi być, a technologia wykonywania krążków utyka. Stop zastyga dość szybko z wierzchu, wewnątrz metalu jeszcze wrze ale też powoli stygnie. Na skutek krzepnięcia następuje segregacja składników oraz powstają napręzenia na skutek dość szybkiego chłodzenia. Miedź krzepnie szybciej niż srebro. Powstają większe skupiska zarówno jednego jak i drugiego. Są to mikroobszary różniące się zawartością obydwu sładników.
Blacha jest nadal za gruba, żeby cokolwiek z niej wyciąć, więc młoty do dzieła! Struktura metalu przeżywa armagedon, zewnętrzna warstwa usiana jest mikropęknięciami a na skutek wprowadzonego zgniotu powstają naprężenia w całym materiale.
Blacha jest w końcu gotowa, więc już sprawne uderzenia młota i wycinaka skutkują powstawaniem srebrnych krążków, z których potem wybite zostaną monety. Krążki metalu poddawane zostają dalszym torturom. Uderzane stemplem krążki przekształcają się w monety. Czasem jedno uderzenie nie wystarcza i trzeba uderzyć jeszcze raz. W niektórych krążkach mikropęknięcia rozrastają się i powstają wykruszenia oraz pęknięcia wychodzące od rantu. Ziarna stopu ulegają spłaszczeniu, w metalu panują potężne naprężenia po całym procesie obróbki.
Wreszcie powstała gotowa moneta, która następnie trafia do obiegu gdzie jest rysowana, obijana, czasem gryziona, po czym zostaje zgubiona po większej popijawie gdzieś obok karczmy na rozdrożu. Tutaj jest smagana strugami deszczu, deptana obcasami butów, trawiona poprzez kwaśną glebę. Czas prowadzi do zaniku niektórych naprężeń, defektów. Działa wszakże coś takiego jak dyfuzja, która przebiega zawsze i prowadzi do częściowego uporządkowania struktury. Dochodzi jednak korozja międzykrystaliczna powodowana różnicą potencjałów obydwu metali i wpływem atmosfery. Powstają w ten sposób mikrorozwarstwienia ziaren. Na skutek dyfuzji powiększają się skupiska zarówno miedzi jak i srebra.
Karczma pali się po pożarze, który dotknął całą wieś, a po latach staje nieopodal parterowy domek naszej babci. Oczywiście monetka przypadkiem obrywa szpadlem podczas przekopywania ogródka. Dziwnym trafem nie łamie się mimo, że jej struktura jest mocno naruszona.
Po kolejnym roku przebywania w ziemi podczas zbioru marchewek widzą ją nasze lekko rozczarowane oczęta. Chcąc poprawić jej stan, czym prędzej prostujemy ją na łopacie czym popadnie. W ten sposób mamy monetę, która trzyma się w całości jedynie dzięki maleńkim skrawkom metalu lub co gorsze monetę rozmienioną na drobne..

Fantazję mam owszem bujną, jednak tu chcę zadać wam pytanie. Czy po przeczytaniu tej opowieści, dowiadując się jakie tortury przeszła wasza moneta w trakcie całego swojego istnienia, nadal macie ochotę się nad nią znęcać we wspomniany już wcześniej sposób?
No dobrze, na szczęście to była tylko historyjka, więc cofnijmy się lekko w czasie, żeby naprawić wszelkie błędy, używając tym razem, wszystkiego co współczesna nauka nam dała.

Zabieramy naszą monetkę do domu. Oczywiście jest brudna więc myjemy ją najpierw pod bieżąca wodą. Robimy to bardzo ostrożnie, żeby jej przypadkiem nie złamać. Następny krok to dokładne czyszczenie. Patynę niestety musimy poświęcić więc możemy użyć mocniejszych środków, oczywiście z umiarem.
Bardzo ważne jest, aby moneta była czysta, bo w dalszym procesie to co jest na jej powierzchni może jej baaaardzo zaszkodzić.
Ok, nasza monetka jest już czyściutka. Świeci się jak klamka ale co zrobić, coś kosztem czegoś. Wiemy już że struktura naszej monety przypomina teren po wojnie i że musimy się z nią obchodzić ostrożnie.
Sięgamy zatem do nauki aby dowiedzieć się w jaki sposób dalej postępować.

Nasza moneta wykonana jest ze stopu srebra z miedzią, ze znaczną przewagą miedzi niestety. Stop usiany jest mikropęknięciami, oraz posiada mnóstwo naprężeń nie zapominając o niewielkich rozwarstwieniach na styku faz miedzi i srebra. Nauka wynalazła zatem coś takiego jak wyżarzanie, aby rozwiązać nasze problemy. Najbardziej interesuje nas:
Wyżarzanie rekrystalizujące - Polega na nagrzaniu materiału do temperatury wyższej od temperatury początku rekrystalizacji, wygrzaniu w tej temperaturze i chłodzeniu. Celem wyżarzania rekrystalizującego jest usunięcie skutków zgniotu i przywrócenie pierwotnych właściwości materiału. Temperaturę rekrystalizacji można w przybliżeniu określić:
Tr=(0,35-0,6)Tt [K]
gdzie: Tr - temperatura rekrystalizacji, Tt - temperatura topnienia.
oraz
Wyżarzanie odprężające - Celem wyżarzania odprężającego jest zmniejszenie naprężeń własnych, uzyskanych w wyniku wcześniejszej obróbki.
No dobra mamy dwa hasła, które pasują jak znalazł, tylko jak to teraz zrealizować?
Aby pójść krok dalej musimy posłużyć sie tym wykresem:

#########

Jest to wykres równowagi stopu Ag-Cu. To co zaznaczyłem na czerwono jest krzywą temperatury topnienia danego stopu. Skrajnie lewa strona wykresu oznacza zawartość 100%Ag w miarę przesuwania się w prawo rośnie zawartość Cu. Według tego wykresu możemy mniej więcej określić temperaturę prowadzenia wyżarzania, stosując powyżej podany wzór (tolerancja jest dość duża). Temperatura ta załatwi nam kwestię zarówno wyżarzania rekrystalizującego jak i odprężającego. Temperatura odprężania jest bowiem nieco niższa, więc zajdzie ono przy okazji rekrystalizacji.
Nasza temperatura rekrystalizacji zawiera się więc pomiędzy 500-600 stopni, pytanie tylko jak ją osiągnąć nie niszcząc przy tym monety.
Palnik kuchenki jest bardzo złą metoda. Pamiętajmy, że nasza moneta jest mocno zdefektowana i posiada bardzo podatne na rozwarstwienie skupiska miedzi oraz srebra. Obydwa metale mają różną rozszerzalność cieplną więc pod wpływem szoku termicznego, moneta może najzwyczajniej pęknąć, a w najlepszym wypadku pojawi się miejscowy odprysk. Przerabialiście to już prawda:)?
Aby monetka nam nie pękła podgrzewanie możemy prowadzić stopniowo. Jako że odprężanie zachodzi już w temperaturze 80 stopni możemy ją najpierw wygotować w wodzie około 1h. Następnie, najlepszym miejscem domowego użytku przydatnego do naszego celu jest piekarnik. Startujemy od powiedzmy 100 stopni zwiększając stopniowo temperaturę do maksimum na jakie pozwala piekarnik. Czas przygotowania potrawy około 2-5h. Dopiero po takim czasie moneta może trafić nad palnik a najlepiej nad płomyk świeczki.
Dodatkowo należy pamiętać, że moneta nie może być ogrzewana otwartym ogniem, ponieważ jej powierzchnia szybko się utleni i powstanie trudno usuwalny nalot, ponadto włożenie monety w płomień może mimo wcześniejszych zabiegów doprowadzić do peknięcia.
Aby zapobiec takiemu scenariuszowi monetę ogrzewamy np kładąc ją na łyżce od herbaty. Moneta musi być czysta przed zabiegiem prostowania, aby nalot na jej powierzchni nie zaczął wchodzić w reakcje z podłożem. Powstały wtedy zwiazek może być niemożliwy lub bardzo trudny do usunięcia.
Czasem już po wyjęciu z piekarnika daje się monetkę lekko rozprostować. Robimy to jednak bardzo delikatnie. Pamiętajmy, że im dłużej się wygrzewa w piekarniku tym lepiej. Cały czas zachodzi wtedy dyfuzja, która prowadzi do wymieszania atomów miedzi i srebra, a co za tym idzie zniwelowania powstałych segregacji i naprężeń.
Monetkę po wyżarzaniu prostujemy przy pomocy najlepiej drewnianych narzędzi. Najlepszy efekt jaki do tej pory uzyskiwałem to różnego rodzaju wałeczki (np kredki, gwoździe, śrubokręty). Nadaje się wszystko co ma malcowaty przekrój, jednak należy pamietać, że to co wykonane z metalu należy wcześniej owinąć np. papierem. Wałeczki wciskamy w zagięcie według takiego schematu:

x

Wałeczki wciskamy zwiekszając stopniowo średnicę, aż do całkowitego wyprostowania. Sposób z owinięciem w szmatkę i uderzanie młoteczkiem, który proponowałem wcześniej nie jest najlepszą metodą. Nie mamy wtedy mozliwosci kontrolowania.
Wygrzewanie i prostowanie najczęściej trzeba kilkakrotnie powtórzyć. Ilość takich operacji nie jest niestety ściśle określona i do każdego prostowania należy podchodzić indywidualnie.

Nie spodziewajcie się również, że jest to metoda w 100% pewna, bo błąd bardzo łatwo jest popełnić. Czasem lepiej zastanowić się dłużej przed zamiarem prostowania, aby w efekcie z niego zrezygnować, niż bezpowrotnie uszkodzić monetę. Sam mam niewielkie doświadczenia w prostowaniu monet bo i materiał doświadczalny jest znikomy, ale nauka podpowiada mi, że w ten sposób powinno być ok. Jedną z monet, którą wyprostowałem tym sposobem jest szóstaczek Jana Kazimierza, którego możecie obejrzeć w galerii. Zagięcie jest lekko widoczne. wynosiło około 120 stopni więc nie tak dużo. Patynowanie zatuszowało niewielki ślad, który pozostał po wygięciu.
Poniżej kolejna udana próba prostowania, raczej mocno pofalowanej niż pokrzywionej monety ale wyszło nieźle. Siedziała tylko godzinkę w piekarniku w temperaturze 230 stopni.

Kliknij aby powiększyć
Kliknij aby powiększyć

Trafił do mnie ostatnio taki przypadek szkolno doświadczalny.

Kliknij aby powiększyć

Monetka została wstępnie oczyszczona i siup nad świeczkę. Świadomie pominąłem piekarnik. Najpierw płomyk był umiejscowiony dużo dalej więc monetka nie rozgrzała się zbyt szybko. Po około 20 minutach pokryła się złotą patyną.

x

Postanowiłem spróbować delikatnie ją rozgiąć, jednak wkładając owinięty w papier śrubokręt usłyszałem delikatne pyknięcie. Wystraszony tym dźwiękiem powróciłem do wygrzewania. Monetka poleżała jeszcze trochę nad płomykiem i po pewnym czasie znowu zabrałem sie do dzieła. Przy wkładaniu któregoś z kolei wałeczka nagle zobaczyłem niewielki odprysk od strony orzełka, a chwilkę później na stole pozostał następny. Niestety takie odpryski pojawiły się wzdłuż całej linii zagięcia. Wygrzewania już nie było sensu kontynuować. Ostatecznie wyszło tak:

Kliknij aby powiększyć

Plus jest taki, że monetka nie pękła i ma dobry dźwięk, niestety kosztem wygladu rewersu. Jak widać, nadal musze się jeszcze sporo uczyć. Wy macie ten komfort, że możecie uczyć się na moich błędach.

Reasumując, prostowanie nie zawsze udaje się tak jak powinno. Czasem mimo licznych zabiegów monetka ulega pęknięciu. Dlatego odradzam prostowanie rzadkich, ciekawych sreberek. Nie chciałbym aby moje porady stały się kiedykolwiek źródłem czyjegoś niezadowolenia.