Kapitel 6: Ståltråden er blevet tyndere, og materialets egenskaber har ændret sig
Der er en situation, der ofte optræder på koldhammersmedejernspladsen:
Materialet har samme støbemærke, kommer fra samme stålfabrik og ender med samme dimensioner, men når det føres ind i koldhammersmedemaskinen, forløber den ene produktionsserie problemfrit, mens den anden oplever ustabil formning, utilstrækkelig hovedfyldning og til tider endda revnedannelse.
Hvor ligger problemet?
Mange tror, at trækning blot består i at gøre en tyk ståltråd tyndere, så længe dimensionerne er i orden.
Faktisk er det ikke så enkelt.
Trækningen ændrer ikke kun diameteren; den påvirker også, hvor let materialet efterfølgende kan hamres.
I. Samme slutpunkt betyder ikke, at man har taget samme vej
Når to partier begge trækkes ned til 10 mm, starter det ene måske fra 11 mm, mens det andet starter fra 13 mm.
Selvom den endelige diameter er identisk, har det sidste parti gennemgået en væsentligt større deformation.
Jo mere ståltråden trækkes, jo hårdere og stærkere bliver den typisk, hvilket medfører ændrede kræfter under den efterfølgende koldhamring og formning.
Derfor kan man ikke vurdere, om et materiale er velegnet til koldhamring alene ud fra dets endelige dimensioner, men skal også se på:
Hvor tykt var det oprindeligt, og hvor meget er det trukket samlet?
Dette svarer til, at to personer når toppen af bjerget samtidig – den ene kommer op med svævebanen, den anden klatrer op ad bjergstien. Selvom de står på samme sted, er deres fysiske tilstand helt forskellig.
II. For meget trækning på én gang giver anderledes resultater end flere trækninger i flere omgange
Når en ståltråd trækkes fra en tyk til en tynd dimension, kan man reducere diameteren markant på én gang eller gradvist over flere trækninger.
Foretages trækningen for hurtigt og for kraftigt på én gang, øges trykket, friktionen og temperaturen mellem tråden og formen, og ændringerne i materialets yderskal kan afvige fra dem i kernen.
Men antallet af trækninger er heller ikke bare bedre, jo flere der er.
Hvad der virkelig betyder noget, er hvordan hver enkelt trækning er planlagt, især om den sidste trækning er passende.
Det er vigtigt, hvor meget trækningen samlet set udgør, men det er lige så vigtigt, hvordan den sidste trækning udføres.
Det er også grunden til, at forskellige omformningsfabrikker, selvom de bruger identiske rullede stangstykker, alligevel kan opleve forskelle i koldhammerformbarheden af det færdige produkt.
III. Ståltrådene “husker” også belastningsretningen
Ved trækning bliver ståltråden hovedsageligt trukket fremad og forlænget.
Ved koldformning skal materialet derimod komprimeres og flyde mod hovedet samt ud til siderne.
Det betyder, at materialet netop har været under “træk”, og straks derefter skal det bære “tryk”.
Når et metal først er deformert i én retning og derefter påvirkes i den modsatte retning, kan dets evne til at begynde at deformere ændre sig. I ingeniørfaget kaldes dette fænomen Bauschinger-effekten.
I enkle vendinger kan man forstå det således:
Ståltråden husker, hvordan den tidligere blev trukket.
Efter trækning er materialels trækstyrke ganske vist steget, men det betyder ikke, at modstanden mod deformation i kompressionsretningen ved koldformning automatisk øges i samme grad.
Derfor kan man ikke alene bedømme trukket materiale ud fra trækstyrken og hårdheden, men må også tage hensyn til, hvilken retning deformationen efterfølgende vil have.
IV. “Hærdning” og “retningshukommelse” eksisterer samtidig efter trækning
Efter trækning bliver materialet normalt hårdere; dette kaldes bearbejdningshærdning.
Når materialet skifter fra træk til kompression, påvirkes det dog samtidig af Bauschinger-effekten.
Disse to effekter virker parallelt:
- Ju mere materialet deformeres ved trækning, desto større bliver typisk modstanden mod yderligere deformation;
- Når belastningsretningen ændres, kan materialet imidlertid begynde at deformere ved kompression noget tidligere.
Hvem af disse to effekter er mest fremtrædende i startfasen, og hvem dominerer senere under fortsat deformation, afhænger af materialets art, oprindelige tilstand og graden af trækning.
Derfor kan man ikke generelt sige, at “jo mindre trækning, jo bedre”, ligesom man heller ikke kan påstå, at “jo mere trækning, des bedre takket være Bauschinger-effekten”. Det rigtige er snarere at finde et passende område.
Men dette passende område er ikke ens for alle ståltyper, alle dimensioner eller alle produkter.
V. Hvorfor fortjener bainitisk non-temperet stål ekstra opmærksomhed?
For visse bainitiske og højstyrke non-tempered ståltyper er Bauschinger-effekten særlig tydelig, når materialet efter trækning går fra “træk” til koldformningskompression.
Selvom disse materialer i udgangspunktet har en relativ høj styrke, stiger deres trækstyrke ofte yderligere efter trækning, mens modstanden mod kompressionsdeformation ved koldformning ikke altid følger med i samme proportion.
Dette er netop en bemærkelsesværdig egenskab ved bainitisk non-temperet stål, når det bruges til koldstyrkning og koldformning.
Derfor kan man ikke alene bedømme disse materialer ud fra trækstyrken og hårdheden efter trækning, men må også kombinere analysen med trækningsgraden, produktionsprocessen og den faktiske præstation ved koldformning.
6. Hvorfor ændrer materialet sig, når det har ligget i et stykke tid?
Nogle materialer kan bruges umiddelbart efter trækning uden problemer, men hvis de opbevares i en periode og derefter bruges, ændres deres egenskaber.
Årsagen er, at ståltråden ikke nødvendigvis stabiliserer sin interne tilstand straks efter trækningen.
I takt med ændringer i opbevaringstid og temperatur kan materialets styrke og dets evne til at deformere sig senere fortsat justeres.
Derfor skal man ved sammenligning af to partier materiale ud over at kigge på støbemærket og testrapporten også sikre følgende:
- Hvornår blev de to partier trukket?
- Hvor længe har de ligget efter trækningen?
- Eksisterer der mærkbare forskelle i opbevaringsmiljøet?
Disse informationer virker måske banale, men de kan undertiden være vigtige ledetråde til at finde problemets ophav.
7. Hvad skal man sammenligne, når der opstår problemer?
Hvis materialer med samme støbemærke og specifikation opfører sig forskelligt ved koldformning, anbefales det først at sammenligne følgende oplysninger:
- Specifikationen før trækningen;
- Specifikationen efter trækningen;
- Antallet af trækningsgange undervejs;
- Om sidste trækningsgrad var den samme;
- Produktionsudstyret og omformningsdatoerne for begge partier;
- Hvor længe hver partis materiale har ligget efter trækningen;
- Om fejlen ved koldformning følger omformningspartiet.
Hvis fejlen ændrer sig, når omformningspartiet skiftes, mens koldformningsudstyret, formene og produktet forbliver uændrede, bør man især undersøge trækningsprocessen for de to partier.
Men blot at konstatere forskelle i parametrene er ikke nok til at drage endelige konklusioner.
Den egentlige vurdering kræver, at ændringer i trækningsprocessen kan bekræftes som korrespondenter til materialets egenskaber og fejlene ved koldformning.
Ingeniørernes synspunkt
Trækning består ikke blot i at gøre ståltråden tyndere fra en grov til en finere dimension.
Den ændrer også materialets styrke, dets evne til at deformere sig senere samt dets respons, når materialet går fra “træk” til “tryk”.
Råmaterialet fastlægger grundlaget, mens trækningsprocessen afgør, i hvilken tilstand materialet ender, inden det sendes til koldformningsmaskinen.
Så selv materialer med samme støbemærke og specifikation – nogle lader sig let forme, andre svært – behøver ikke have problemer med selve materialet; ofte gemmer problemet sig i trækningsprocessen.
Hvis du også støder på uoverensstemmelser i koldformningsegenskaberne hos materialer med samme støbemærke og specifikation, kan du sende mig materialets støbemærke, specifikationer før og efter trækningen, antallet af trækningsgange, produktionsdato samt fotos af de defekte produkter.
Jeg vil gerne hjælpe dig med at vurdere, om du bør starte din efterforskning med råmaterialet, træknings- og omformningsprocessen eller koldformningsprocessen.
Næste afsnit – teaser
Kapitel 7: «Selvom overfladen tilsyneladende er fosfatiseret og såbet, hvorfor opstår der alligevel problemer ved koldformning?»
I næste kapitel fokuserer vi på: Hvorfor betyder det ikke, at materialets overflade “ser ud til at have en belægning”, at der under koldformningsprocessen altid er tilstrækkelig smørelse og beskyttelse?