Palloistumishehkutuksen tarkoitus on parantaa keskipainoisten hiiliterästen ja seosaterusten kylmämuovailukykyä.
Kentällä materiaalia arvioitaessa käytetään usein pelkkää “palloistumisastetta” ainoana mittarina. Kun palloistumisaste ja kovuus ovat kunnossa, oletetaan yleensä, että materiaali soveltuu varmasti nuijaukseen.
Todellisuudessa tilanne ei aina ole näin.
Samalla teräslajilla, lähes samalla kovuudella ja identtisellä palloistumisasteella, eräät materiaalit ovat helposti työstettäviä ja muovattavia, kun taas toiset rasittavat koneita entistä enemmän: monimutkaiset kohdat eivät täyty kunnolla, ja jatkuvassa tuotannossa kuormitus sekä mitat vaihtelevat helpommin.
Keskeinen asia on seuraava:
Yhtäläinen palloistumisaste ei tarkoita yhtälaista kuituraintoimintaa, saati yhtälaista käyttäytymistä kylmänuijauksessa.
I. Pallomainen kuiturain on vain yksi osa kuiturian arviointia
Palloistumishehkutuksen keskeinen tavoite on muuttaa teräksessä esiintyvät kerrokselliset ja ketjumaiset karbidimuodot siten, että ne segmentoituvat, liukenevat, uudelleen kiteytyvät ja koostuvat yhteen. Näin rautamatriisissa hajoavat karbidit muuttuvat tasaisesti hajallaan oleviksi rakeiksi tai lähes pallomaisiksi karbidiksi.
Tässä muutokset koskevat ensisijaisesti karbideiden muotoa, kokoa ja jakautumista.
Siksi pallomainen kuituria ei tule arvioida pelkän prosenttiluvun perusteella, vaan huomioon on otettava vähintään kolme seikkaa:
- Muoto: Ovatko karbidit pyöreitä vai esiintyykö edelleen kerros-, ketju- tai verkkomaisia piirteitä;
- Koko: Ovatko karbidit liian pieniä ja tiheästi jakautuneita, vai esiintyykö paikoin suurempia karbideja;
- Jakautuminen: Onko karbidien jakautuminen tasainen, ja onko pinnan, puolikankaan sekä sydämen alueen karbidijakauma yhdenmukainen.
Erikoisesti on syytä huomioida:
Karbidit eivät ole parempia, mitä hienompia ne ovat, eivätkä heikompia, mitä isompia ne ovat.
Liian pienet ja tiheästi jakautuneet karbidit voivat lisätä materiaalin muovautumisen vastusta, kun taas paikalliset suuret tai ryhmittyneet karbidit saattavat aiheuttaa epätasapainoa muovautumisessa.
Kylmänuijauksen käyttäytymiseen vaikuttavat lähinnä karbideiden koon, välitilojen leveyden ja jakautumisen yhteispeli.
II. Samalla palloistumisasteella ferriitin tila voi olla erilainen
Pallomainen kuituria ei koostu pelkästään karbidista.
Kylmänuijauksessa karbidit vaikuttavat materiaalin muovautumiseen, mutta plastisen muodonmuutoksen päävastuu lankeaa ferriittimatriisille.
Ferriittikiteiden koko, riittävä pehmennys, jäljellä oleva kylmäkarkaistuminen sekä kuiturian tasaisuus vaikuttavat kaikki siihen, kuinka hyvin materiaali nuijataan.
Vaikka käytettäisiin samankaltaisia pallomainen hehkutusprosesseja, jos terästehtaan alkuperäinen kuituria eroaa kuumentaajuksen jälkeen, myös lopullinen pallomainen kuiturain ja matriisin pehmennystaso saattavat poiketa toisistaan.
Siksi vaikka kaksi mikroskooppikuvausta näyttäisivät melko samanlaisilta, materiaalien todellinen virtauskyky muotissa voi silti poiketa merkittävästi.
3. Yksi näkökenttä ei edusta koko poikkileikkausta
Kun valokuvataan mikrostruktuuria vain yhdellä paikalla ja yhdellä näkökentällä, voi olla hyvin todennäköistä, etteivät paikalliset keräytymät, nauhamaiset jakaumat tai jäljellä olevat lamellaariset alueet tule näkyviin.
Yhden paikan ollessa kelvollinen ei se takaa, että koko poikkileikkaus olisi täysin yhdenmukainen; samoin yhden poikkileikkauksen kelvollisuus ei takaa, ettei koko rullamateriaalissa esiintyisi vaihteluita.
Vielä ammattimaisemman arvion tekemiseksi on otettava huomioon:
- pintakerroksen, säteen keskiosan ja ydinosan väliset mikrorakenteelliset erot;
- se, ovatko eri rullanosat keskenään yhdenmukaisia;
- onko normaalialueiden ja poikkeavien alueiden välillä jokin vastinsuhde.
Tämän vuoksi voi silti käydä niin, että vaikka materiaaliprotokollat ja yksittäiset mikrokuvaotokset ovat kaikki kelvollisia, työmaalla saattaa silti ilmetä ongelmia lämpövasaroinnissa.
4. Kovuudet ovat lähellä toisiaan, mutta miksi jotkut ovat helppoja vasaroida ja toiset taas vaikeita?
Kovuus on tärkeä mittari, mutta se kertoo vain koepisteiden tilanteesta rajallisilla paikoilla.
Lämpövasaroituksessa tapahtuu jatkuvaa suurta plastista muodonmuutosta. Materiaalin on paitsi aloitettava virtaamaan myös kestettävä sitä seuraavien työasemien kasvava muodonmuutos sekä prosessin aikana tapahtuva karkaistuminen.
Siksi kahden eri erän materiaaleilla, joilla kovuusarvot ovat lähellä toisiaan, ensimmäisen työaseman tehot saattavat vielä olla melko samankaltaisia; kun siirrytään kuitenkin työasemiin, joissa muodonmuutosaste on korkea tai muotoilu monimutkaista, kuormitus, täyttökyky ja muottien lämpötilan nousu voivat kuitenkin vähitellen tuoda eroja esiin.
Mikäli koneessa työstäminen käy kuitenkin vaikeaksi, ei asiaa kannata heti kirjata materiaalivaikeudeksi.
Myös muottien kunto, voitelun riittävyys, laitteiston jäykkyys, akseeraalisuus sekä jatkuvan tuotannon aikainen lämpötila vaikuttavat käytännön kuormitukseen.
5. Lopullisesti tulee arvioida, vastaavatko rakenteet työmaan olosuhteisiin
Pääteltäessä, soveltuuko karbidisoitunut mikrostrukturi itse asiassa lämpövasaroitukseen, ei riitä pelkkä karbidisoitumisaste, kovuusarvo tai yksi mikroskopikuva.
Tehokkaampi arviointi syntyy, kun yhdistetään seuraavat tiedot:
- mikrostruktuurin ja kovuuden jakautuma;
- normaalialueiden ja poikkeavien alueiden erot;
- lämpövasarointilaitteiston kuormitusmuutokset;
- tuotteen täyttökyky, mitoitus ja muottien lämpötilan nousu;
- poikkeamien esiintymiskohdat, ajankohta ja rullan osa-alueet.
Aivan viime kädessä sen, onko mikrostruktuuri todella laadukas, varmistetaan vasta materiaalin muottiin päästyä ja sen virtaaman perusteella.
Insinöörin näkemys
Karbidisoitumisaste on tärkeä mittari karbidisoituneen mikrostruktuurin arvioinnissa, mutta se ei ole lopullinen vastaus materiaalin lämpövasaroituvuuteen.
Aivan oikeasti ratkaisevia tekijöitä sille, onko materiaali hyvä vasaroida vai ei, ovat karbidiyhdisteiden muoto, koko ja jakautuminen, ferriittipohjan tila, poikkileikkauksen ja rullan yhdenmukaisuus sekä materiaalin ja käytettävän prosessin välinen yhteensopivuus.
Niinpä neljännessä luvussa tarvitsee muistaa vain yksi lause:
Karbidisoitumisaste kertoo osasta mikrostruktuurin tilannetta; materiaalin lämpövasaroituvuutta puolestaan testataan koko mikrostruktuurin todellisella muodonmuutoskyvyllä.
Jos karbidisoitumisaste ja kovuus ovat molemmat kelvollisia, mutta materiaali on silti vaikea vasaroida, ei useinkaan ole merkitystä tutkia uudelleen samaa koepistettä. Sen sijaan on löydettävä todellinen yhteys mikrostruktuurierojen, materiaalialueiden ja työmaalla havaittujen poikkeamien välillä.