Kapitola šestá: Drát se ztenčil, ale změnila se i jeho vlastnost
Na místě studeného hloubení se často setkáváme s následující situací:
Materiál má stejnou ocelovou skupinu, pochází ze stejné ocelárny a nakonec je vytažen na stejný průměr. Přesto, když jej vložíme do stroje pro studené hloubení, probíhá jedna výrobní série hladce, zatímco u druhé dochází k nestabilitě tvarování, nedostatečnému vyplnění hlavičky nebo dokonce k občasnému popraskání.
Kde tkví problém?
Mnozí si myslí, že při tažení se hrubý drát pouze ztenčuje a stačí, aby splňoval rozměrové tolerance.
Ve skutečnosti to tak jednoduché není.
Tažení nemění pouze průměr, ale také pozdější vhodnost materiálu pro studené hloubení.
I. Stejný konec neznamená stejnou cestu
Při tažení na 10 mm může jedna šarže začínat například na 11 mm, zatímco druhá na 13 mm.
Ačkoliv je výsledný průměr stejný, druhá šarže prošla výrazně větší deformací.
Čím více se drát protahuje, tím obvykle stane tvrdším a pevnějším; při dalším studeném hloubení pak mění potřebné tvarovací síly.
Takže k posouzení vhodnosti materiálu pro studené hloubení nestačí sledovat pouze výsledný rozměr, ale je třeba brát v úvahu:
Jak tlustý byl původně a jak velké celkové ztenčení prošel.
Jako kdyby dva lidé dosáhli vrcholu hory současně – jeden přijel lanovkou, druhý vystoupal pěšky. Ač stojí na stejném místě, jejich fyzický stav je zcela odlišný.
II. Jednorázové silné tažení a postupné tažení několika kroky vedou k rozdílným výsledkům
Ocelový drát lze z tlustého průměru ztenčit najednou, ale také postupně v několika etapách.
Při jednorázovém silném tažení vzrůstá tlak, tření a teplota mezi drátem a formou; navíc mohou být změny na povrchu materiálu a ve vnitřních vrstvách nevyvážené.
Nicméně ani časté tažení není vždy lepší.
Příliš mnoho cyklů opět vede k akumulaci třecích účinků a deformací.
Opravdu důležité je nastavení každého tažného kroku, zejména vhodnost posledního tažení.
Důležité je celkové ztenčení, ale stejně tak i způsob, jakým se drát nakonec dostane na cílový průměr.
To je také důvod, proč různé zpracovatelské firmy používají stejné kotouče drátu, přesto mohou výsledné materiály ukazovat rozdílné vlastnosti při studeném hloubení.
3. Ocelové dráty si také „pamatují“ směr působící síly
Při táhnutí se ocelový drát především protahuje směrem vpřed.
Při studeném tvarování se materiál opět stlačuje a hmotnostně proudí do hlavy i do okolních oblastí.
Jinými slovy, právě prošel procesem „tažení“ a vzápětí musí čelit „tlaku“.
Po deformaci kovu v jednom směru může přechod k působení síly v opačném směru změnit počáteční podmínky jeho další deformace. V inženýrství se tento jev označuje jako Bauschingův efekt.
Zjednodušeně řečeno:
Ocelový drát si zapamatuje, jak byl dříve natažen.
I když po táhnutí pevnost v tahu materiálu vzroste, neznamená to, že odpovídajícím poměrem naroste i odpor proti deformaci ve směru komprese při studeném tvarování.
Takže při posuzování materiálu po táhnutí nelze sledovat pouze pevnost v tahu a tvrdost; je třeba zohlednit i směr deformací, kterým bude následně zatěžován.
4. Po táhnutí dochází současně ke „ztvrdnutí“ a „směrové paměti“
Po táhnutí materiál obvykle ztvrdne; tomuto jevu se říká technické tvrdnutí.
Tyto dva jevy existují vedle sebe:
- Čím intenzivněji je materiál tažen, tím vyšší obvykle bude jeho odpor vůči další deformaci;
- Po změně směru působící síly může materiál začít komprimovat již při nižších hodnotách zatížení.
To, co v počáteční fázi převažuje, a co později přebere primát, závisí na druhu materiálu, jeho původním stavu a míře tažení.
Proto nelze jednoduše tvrdit, že „čím méně se táhne, tím lépe“, ani že „využijeme-li Bauschingova efektu, tím více táhnout je lepší“. Potřebný je vhodný rozsah.
Tento rozsah však není stejný pro všechny typy, rozměry ani výrobky.
5. Proč je bainitická nedotvořená ocel ještě pozoruhodnější?
U některých bainitických a vysoce pevnostních nedotvořených ocelí je Bauschingův efekt při přechodu z „tažení“ na studené tvarování „komprese“ obvykle ještě výraznější.
Tyto materiály mají již ze své podstaty vysokou pevnost. I po táhnutí jejich pevnost v tahu dále stoupá, ale odpor proti kompresní deformaci při studeném tvarování nemusí vzrůst ve stejném poměru.
To je právě jeden z důvodů, proč bainitická nedotvořená ocel upoutává pozornost při studeném zpevňování a studeném tvarování.
Při posuzování těchto materiálů proto nestačí sledovat pouze pevnost v tahu a tvrdost po táhnutí; je nutné provést komplexní analýzu s ohledem na míru tažení, dobu výroby a skutečné výsledky studeného tvarování.
6. Proč se vlastnosti materiálu mění i po určité době uložení?
Některé materiály lze bez problémů použít ihned po protahování; avšak po delší době skladování se jejich chování může změnit.
Příčinou je fakt, že po dokončení protahování není vnitřní stav ocelového drátu okamžitě stabilizován.
V závislosti na délce skladovací doby a teplotě mohou pevnost materiálu i jeho další deformabilní vlastnosti dále kolísat.
Při porovnávání dvou šarží materiálu je tedy nutné kromě typu slitiny a certifikátů kontrolovat také:
- Kdy byly obě šarže protaženy;
- Jak dlouho byly po protahování uskladněny;
- Zda existují výrazné rozdíly ve skladovacích podmínkách.
Tyto zdánlivě banální informace mohou být někdy důležitými indikátory při hledání příčiny problému.
7. Co porovnat při řešení problémů?
Pokud se materiály stejného typu a rozměru chovají při studeném tváření odlišně, doporučuje se nejprve porovnat následující údaje:
- Rozměry před protahováním;
- Rozměry po protahování;
- Počet provedených fází protahování;
- Zda byl poslední stupeň protahování stejně intenzivní;
- Výrobní zařízení a čas přeměny u obou šarží;
- Délka skladování po protahování;
- Zda se anomálie při studeném tváření mění společně s přeměnou šarže.
Pokud se po změně šarže výroby objeví nové anomálie, zatímco zařízení, formy a výrobky zůstaly stejné, je třeba především prověřit proces protahování obou šarží.
Opravdové rozhodnutí vyžaduje ověřit, zda změny v průběhu protahování odpovídají změnám ve vlastnostech materiálu a vyskytujícím se anomáliím při studeném tváření.
Názor inženýra
Protahování není pouhým převedením drátu z hrubého rozměru na tenčí.
Mění také pevnost materiálu, jeho schopnost dalších deformací a reakci materiálu při přechodu ze „tažení“ na „tlak“.
Surovina stanovuje základ, ale proces protahování rozhoduje o tom, v jakém stavu materiál nakonec vstoupí do stroje na studené tváření.
Takže u materiálů stejného typu a rozměru, z nichž některé se dobře tváří a jiné obtížně, nemusí problém spočívat v certifikátu materiálu, ale může být ukryt právě v procesu protahování.
Pokud i vy narazíte na rozdílné vlastnosti materiálů stejného typu a rozměru při studeném tváření, pošlete mi prosím informace o typu materiálu, rozměrech před i po protahování, počtu fází protahování, termínu výroby a fotografie vadných výrobků.
Mohu vám pomoci určit, zda je vhodné začít kontrolu u suroviny, procesu protahování či technologie studeného tváření.
Anotace na příští díl
Kapitola 7: „Proč i přes viditelnou fosfato‑saponizační vrstvu na povrchu stále dochází k problémům při studeném tváření?“
V příštím díle se zaměříme na to, proč „viditelná ochranná vrstva“ na povrchu materiálu nezaručuje dostatečnou mazivou ochranu během procesu studeného tváření.