Målet med globuliserende udkalkning er at forbedre koldformbarheden af stål med mellemhøjt kulstofindhold samt legerede stål.
Men ved vurdering på stedet bruger man ofte ”globuliseringsgraden” som det eneste kriterium. Så længe globuliseringsgraden og hårdheden er i orden, antager man, at materialet vil være let at forme ved hamring.
I praksis er det dog ikke altid sådan.
På samme stålsort, med tilsyneladende ens hårdhed og identisk globuliseringsgrad, kan nogle materialer nemt formes og arbejdes med, mens andre gør maskineriet mere belastet. Komplekse områder fyldes dårligt ud, og under løbende produktion svinger belastningen og dimensionerne lettere.
Nøglen ligger her:
Selvom globuliseringsgraden er den samme, betyder det ikke, at strukturen er identisk, endsige at opførslen ved koldhamring er den samme.
I. Globuliseringsgraden er kun en del af strukturbedømmelsen
Hovedformålet med globuliserende udkalkning er at omdanne ugunstige karbidformer i stålet – såsom skiveformede eller kædeagtige – gennem faser som nedbrydning, opløsning, genudskillelse og sammenlægning, så disse små partikler gradvist bliver til kornrige eller næsten kugleformede karbider spredt i en ferritmatrix.
Det, der ændres her, er hovedsageligt karbidernes form, størrelse og fordeling.
Derfor kan man ikke alene basere sig på én procentdel, når man vurderer den globuliserede struktur; man bør i det mindste også se på tre aspekter:
- Form: Er karbidpartiklerne afrundede, eller findes der stadig spor af skive-, kæde- eller netformige strukturer?
- Størrelse: Er partiklerne for fine og tæt pakket, eller forekommer der lokale grove karbidpartikler?
- Fordeling: Er karbidernes fordeling jævn, og er de ens i overfladen, midten af radius og kernen?
Særlig vigtigt er følgende:
Karbider er ikke nødvendigvis bedre, jo finere de er, og de er heller ikke automatisk dårligere, jo grovere de er.
For mange, for fine partikler kan øge modstanden mod deformation, mens lokale store eller samlede grupper af karbider kan forårsage uensartede deformationsmønstre.
Det er faktisk kombinationen af karbidstørrelser, afstand mellem partiklerne og deres fordeling, der afgør, hvordan materialet opfører sig under koldhamring.
II. Selv med samme globuliseringsgrad kan ferritstrukturen variere
Den globuliserede struktur består ikke kun af karbider.
I koldhamringsprocessen påvirker karbiderne materialets deformation, mens ferritmatricen bærer hovedlasten af den plastiske strømning.
Ferritkornenes størrelse, graden af opblødning, eventuel resterende bearbejdningshærdning samt homogeniteten af mikrostrukturen har alle indflydelse på, hvor let materialet er at hamre.
Selv ved anvendelse af lignende globuliserende udkalkningsprocedurer kan forskellige oprindelige strukturer efter varmvalsning hos stålfabrikken resultere i forskellige globuliseringsresultater og varierende grad af matrixopblødning.
Derfor kan to metallografiske billeder ligne hinanden, men materialets egentlige flydeevne i formen alligevel adskille sig.
III. Et synsfelt kan ikke repræsentere hele tværsnittet
Hvis man kun vælger ét sted og ét synsfelt til at tage en metallografisk foto, er det sandsynligt, at man ikke vil kunne se lokale sammenstimlinger, båndformet fordeling eller resterende lameller.
Hvis ét sted er i orden, beviser det ikke, at hele tværsnittet er helt ens; hvis ét tværsnit er i orden, beviser det heller ikke, at hele rullen er uden variationer.
Til mere professionel vurdering skal man tage hensyn til:
- Organisationsforskelle mellem overfladen, midten af radius og kernen;
- Om de forskellige sektioner af rullen er ensartede;
- Om der findes en sammenhæng mellem normale sektioner og abnorme sektioner.
Dette er også grunden til, at selv når materialecertifikater og enkeltstående metallografiske billeder er i orden, kan der stadig opstå problemer med udmunding på stedet.
IV. Hvorfor er nogle lette at hamre, mens andre er svære, selvom hårdheden er næsten den samme?
Hårdhed er vigtig, men hårdheden er blot resultatet af test på begrænsede områder.
Koldhamring er en kontinuerlig stor plastisk deformation. Materialet skal ikke kun begynde at flyde, men også modstå den efterfølgende deformation og bearbejdningshærdning, der øges med hvert arbejdstrin.
Derfor kan to partier af materialer med lignende hårdhed have en tilsvarende opførsel ved første arbejdstrin; men når man kommer til trin med høj deformation eller kompleks formning, kan belastning, fyldning og værktøjstemperatur gradvist skabe forskelle.
Når maskinen har svært ved at arbejde, betyder det dog ikke umiddelbart, at problemet ligger hos materialet.
Værktøjets tilstand, smørringstilførslen, udstyrets stivhed, koaksialitet og temperaturen under løbende produktion påvirker ligeledes den faktiske belastning.
V. Til sidst skal organisationen kunne matches med situationen på stedet
For at bedømme, om en globulariseret struktur er egnet til konkrete koldhamringsprocesser, kan man ikke alene basere sig på globulariseringsgraden, hårdheden eller et enkelt metallografisk billede.
Mere effektivt er det at samle følgende informationer:
- Den metallografiske struktur og fordelingen af hårdhed;
- Forskellene mellem normale og abnorme sektioner;
- Belastningsændringerne på koldhamringsudstyret;
- Produktets fyldning, dimensioner og værktøjstemperaturen;
- Det arbejdstrin, tidspunktet og rullesektionen, hvor abnormaliteter optræder.
Om organisationen virkelig er fremragende, skal i sidste ende verificeres ud fra materialets flydende adfærd, når det først er kommet ind i værktøjet.
Ingeniørernes synspunkt
Globulariseringsgraden er en vigtig indikator for at vurdere en globulariseret struktur, men det er ikke det endelige svar på koldhamringsydelsen.
Hvad der reelt afgør, om materialet er velegnet til koldhamring, er carbids form, størrelse og fordeling, ferritgrundstoffets tilstand, jævntheden af tværsnittet og rullen samt overensstemmelsen mellem materialet og den konkrete proces.
Så husk bare én sætning i kapitel fire:
Globulariseringsgraden viser kun resultater for dele af organisationen; om materialet er velegnet til koldhamring, afhænger af dets samlede organisations evne til reel deformation.
Hvis globulariseringsgraden og hårdheden er i orden, men materialet alligevel er svært at hamre, er det ofte ligegyldigt at undersøge det samme sted igen. I stedet skal man finde den sande sammenhæng mellem organisatoriske forskelle, materialesektioner og abnormiteter på stedet.