Při zjištění prasklin na hlavě, na okraji příruby nebo v oblouku R na místě studeného tváření je často první reakcí prověřit materiál nebo formu pro studené tváření.
Některé vady vznikají během kontinuálního lití a válcování, jiné při překládce a transportu, další se přidávají během kyselého odmašťování, tažení, průtahu drátem, podávání materiálu i při stříhání.
Povrchové vady mohou být jak dědičné z výše řazených fází, tak vznikat znovu ve středních operacích. Studené tváření mění pouze tvar vady, ale nedokáže obnovit již narušenou celistvost materiálu.
Cesta vady: kontinuální litina → válcovaná drátovina → transport a překládka → kyselé odmašťování a úprava → tažení a průtah drátem → studené tváření
I. Fáze kontinuálního lití: Poruchy se mohou začínat pod povrchem železového slitečku
Železový sliteček je výchozím materiálem pro výrobu drátových svazků. Abnormální vibrace, podpovrchové pórky, příměsi šlakového původu, zářezy a jamky mohou být zdrojem následných povrchových vad.
Obrázek 1: Abnormální vibrace na kontinuálně litém slitečku. Normální mělké vibrace nejsou nutně vadou; teprve když se vibrace výrazně prohloubí nebo jsou jejich kořeny doprovázeny trhlinami či šlakovými příměsemi, výrazně vzrostne riziko následných problémů.
Obrázek 2: Po opracování odhalené podpovrchové pórky. Při válcování se póry mohou stlačit, ale také protáhnout ve směru valcování; oxidace jejich vnitřních stěn ovlivňuje schopnost jejich spolehlivého svaření v průběhu dalších operací.
Obrázek 3: Šlakové příměsi na povrchu nebo těsně pod ním. Šlakové fáze se nedokážou harmonicky deformovat spolu s ocelovým matricem; při válcování se mohou drolit, protahovat a měnit v zářezy, přehyby či lineární poruchy.
Obrázek 4: Zářezy na povrchu železového slitečku. Listovité kovové příměsi mohou být při následném válcování stlačeny do tenčí vrstvy a zapojeny do hlavní struktury; navzdory zdánlivě vyválcovanému povrchu nemusí být vnitřní rozhraní skutečně spojena.
Obrázek 5: Jamky na povrchu železového slitečku. Termín „jamka“ označuje pouze vnější morfologii; konkrétní původ je nutno posuzovat na základě stavu oxidovaného dna, vyvrácených okrajů a okolních trhlin.
Povrchové defekty železového slitečku se během válcování mohou stlačit, protáhnout nebo změnit svůj směr. I když vypadá povrch hladce, neznamená to, že původní nerovnoměrnosti materiálu již zmizely.
II. Fáze válcování: Defekty se prodlužují, mohou vznikat i nové
Trhliny ve slitkových surovinkách se mohou proměnit v podélné trhliny na drátovém kotouči, zářezy a nečistoty mohou být stlačeny do tenší vrstvy a protaženy; podkůžní pórky rovněž mohou vytvářet nespojité nitkovité poruchy.
Samotný proces válcování může rovněž vyvolávat defekty. Nesprávné vyplňování profilu otvoru, vadné vedení materiálu či nestandardní stav valcovacích štěrbin mohou vést k vzniku uší; pokud jsou tyto ouška v dalších otvorech opět vtlačena zpět na povrch materiálu, mohou vzniknout ohyby. Oxidační plátky či cizí příměsi vtlačené do matrice rovněž zanechávají lokálně nepojednané oblasti.
Obrázek 6 Příčný řez ohybového defektu. Vrchní vrstva kovu je jazykovitě zastrčena, přechod mezi jednotlivými částmi však není spolehlivě spojen. Dočasné uzavření povrchu neznamená, že vnitřní porucha byla odstraněna.
Obrázek 7 Zářez na povrchu drátového kotouče. Oproti běžným škrábancům se zde často vyskytují vložené destičky, lokální zvednutí okraje nebo stopy po odlupování.
Obrázek 8 Příčný řez trhliny na povrchu drátového kotouče. Ukázaná trhlina se táhne od povrchu směrem do nitra materiálu; zda je doprovázena oxidací, dekarbonizací nebo abnormálními mikrostrukturami, vyžaduje další analýzu.
Vzhled ohybů a trhlin je někdy velmi podobný, avšak jejich vznik je založen na rozdílných mechanismech. Ohyb vzniká tehdy, když část kovu je zastrčena dovnitř bez pevného spojení; trhlina znamená již rozdělení kontinuity materiálové struktury. Proto nelze tyto dva typy poruch zjednodušeně zaměňovat při hledání jejich původu.
III. Přeprava a přeložka: Otřesy a oděrky mohou být také výchozími místy trhlin
Při zavěšování, snášení rolí, jejich skládání a přepravě mohou nárazy, přetažení či vzájemné tření způsobit oděrky, otisky a ohrnutí kovu. Tyto poškození jsou obvykle lokální, náhodně rozmístěná a často se koncentrují na vnějším prstenci kotouče nebo v místech přímého kontaktu při manipulaci.
Obrázek 9 Poškození způsobená při přepravě nebo přeložce. Jejich směr a umístění nebývají striktně určeni a liší se od souvislých podélných škrábanců způsobených drátovací formou.
U běžných produktů s nižší mírou deformace nemusí lehká poškození ihned vyvolávat anomálie; v produktech s vysokou mírou deformace, složitými hlavičkami nebo tenkými přírubami však mohou postižená místa představovat koncentrace napětí a být při studeném tváření dále zesilována.
IV. Kyselkovací fáze: může odhalit vady, ale také zanechat skryté problémy
Po kyselkování se oxidová krusta odstraní a původně zakryté trhliny, přehyby, knoty či prohlubně postupně vyvstanou na povrchu. Proto zjištění vad po kyselkování ještě neznamená, že vznikly právě v této operaci.
Pokud není oxidová krusta dostatečně očištěna, zbytky oxidů mohou narušit rovnoměrný vznik fosfátového povlaku a během tažení se navíc drolit, odlupovat nebo vtlačovat do povrchu drátu.
Obrázek 10: Zbytky oxidové krusty po kyselkování. Tmavé podélné pruhy je třeba rozlišit od zbytků oxidů uvnitř přehybů či trhlin; nelze soudit pouze podle barvy.
Nesprávně řízené kyselkování může také způsobit bodové koroze a zvýšenou drsnost povrchu. Je nutné rozhodnout, zda se jedná o původní vady, které byly teprve odhaleny, či o nově vzniklé poruchy v rámci kyselkovací operace. Pro toto porovnání je třeba zachovat vzorky před i po kyselkování.
V. Přetáčecí tažení: podélné škrábance jsou snadno podceňované nově vzniklé vady
Přetáčecí proces nejen mění rozměr materiálu, ale může také přímo poškodit povrch drátu.
Obrázek 11: Místní škrábance vzniklé přetáčecím tažením. Vada se nachází podél délky drátu a doprovázena žlábkem, ohrnutým kovem nebo lokálním odloupnutím.
U krátkých, náhodných škrábanců je třeba zaměřit se na tvrdé cizí částice, okamžité přilepení materiálu či lokální dotyk. Pokud se vada objevuje kontinuálně po dlouhé vzdálenosti a její poloha po obvodu drátu zůstává relativně stálá, je nutné především prověřit tažnou formu, vodicí kola a místa přechodu drátu přes ně.
Však podélné stopy nemusí nezbytně pocházet z tažení. Trhliny z válcování, přehyby a zbytky oxidové krusty mohou po tažení nabýt podobného vzhledu. Klíčové je ověřit, zda daná vada existovala již před vstupem do tažení, či se začala objevovat až po určité formě nebo přechodu drátu přes konkrétní místo.
V této kapitole jsme se zabývali pouze povrchovými poškozeními způsobenými tažením. Vliv poměru redukce průřezu, počtu tažných operací a tvrdnutí materiálu na schopnost studeného hnutí bude podrobně rozebrán v samostatné šesté kapitole.
VI. Studené hnutí – předformovací fáze: poslední nově vzniklé vady jsou často opomíjeny
Po vstupu materiálu do stroje pro studené hnutí a před samotnou formovací fází mohou stále vznikat nová povrchová poškození. Převodní kolečka, rovnací a podavačské mechanismy mohou drát poškrábat; opotřebení, otřepy či ostré hrany uřezovacích nožů nebo formy mohou poškodit koncovou či boční plochu surového obrobku.
Pokud se vada vyskytuje vždy ve stejném směru a na stejném místě, nebo se výrazně změní po výměně převodního kolečka či uřezovacího nože, nestačí pouze znovu prověřit certifikát materiálu a původní drátový kotouč.
7. Proč se vady „přenášejí“ až do hotového výrobku?
Při tažení se materiál protahuje ve směru délky, zatímco při studeném tváření dochází k axiálnímu stlačení a radiálnímu toku materiálu. Původní vady se mohou protahovat, zužovat nebo dočasně uzavírat; rovněž mohou být přesunuty s tokem materiálu do oblasti hlavy, patky nebo zaoblených hran a v místech s velkou deformací opět otevřeny.
Obrázek 12: Trhlina na okraji patky studeně tvářeného výrobku. Fotografie ukazuje konečnou lokalizaci vady; nelze však pouze podle jejího vzhledu jednoznačně usuzovat, že vadu přinesl materiál.
Vada se do finálního výrobku nepřenesla prostým kopírováním, ale v každém pracovním kroku měnila svůj tvar a nadále přetrvávala.
8. Klíčem k určení původu vady je najít místo jejího prvního výskytu
Zkontrolování pouze výsledně popraskaných dílců obvykle nestačí k tomu, abychom určili, ze které fáze procesu vadu převzali. Efektivnější postup spočívá v sestavení vzorkové řetězce od slitkové suroviny přes cívky, po kyselinování upravený materiál, tažené polotovary, studeně tvářené předložky až po hotové výrobky, čímž se snadno identifikuje fáze, v níž se vada objevila poprvé.
Vyskytuje se porucha koncentrovaně pouze v určité části cívky, nebo se line kontinuálně po celé délce? Je směr vady a její poloha po obvodu stálá? Dochází ke změně po výměně formy, vodičového kola či střihového nože? Nacházejí se uvnitř trhliny známky oxidace, dekarbonizace nebo atypické metalografické struktury? Tyto informace poskytují směr pátrání, avšak samostatně bez souvislostí s evidencí jednotlivých operací jsou nedostačující.
Názor inženýra
Povrchové vady mohou vzniknout již při kontinuálním lití, válcování, transportu, kyselinování či přepracování taženého materiálu; dále pak v průběhu manipulace s materiálem, jeho podávání a střihu na stroji pro studené tváření.
To, kde se výrobek nakonec popraská, neznamená, že vada vznikla právě v této fázi.
Vady na hotovém výrobku jsou důsledkem; teprve identifikace fáze, v níž se vada objevila poprvé, nás přivede blíže k jejímu skutečnému zdroji.
Cílem retraktu vady není přednostně rozdělit odpovědnosti, ale vytvořit ucelený důkazní řetězec procesu.
Pokud i vy narazíte na skránění cívkového drátu, podélná poškození, záhyby či náhodné praskliny při studeném tváření, pošlete mi informace o typu slitiny, rozměrech, fotografiích vady, místě výskytu a distribuci poruchy. Pomohu vám nejprve stanovit, zda je vhodné začít kontrolu u dodavatele suroviny, u ochrany při transportu, v oblasti kyselinování a přepracování taženého materiálu, či u zařízení pro studené tváření.
Oznámení k dalšímu dílu
Kapitola šestá: „Proč se stejný materiál chová při studeném tváření odlišně, pokud byl předtím tažen?“
Další kapitola se zaměří na úbytek průřezu, počet tažných pasáží a technologii tvrdnutí za studena, které ovlivňují skutečný stav materiálu při jeho vstupu do stroje pro studené tváření.