Het doel van sferoidiserend uitgloeien is het verbeteren van de koudvormbaarheid van staal met een gemiddeld koolstofgehalte en van legeringstaal.
Bij het beoordelen van materiaal ter plaatse wordt echter vaak alleen de “sferoidisatiegraad” als enige maatstaf beschouwd. Zodra de sferoidisatiegraad en de hardheid voldoen, wordt aangenomen dat het materiaal goed te koudhameren is.
In de praktijk blijkt dit echter niet altijd het geval te zijn.
Bij dezelfde staalsoort, met vergelijkbare hardheid en gelijke sferoidisatiegraad, is het ene materiaal makkelijk te stampen en goed te vormen, terwijl het andere juist meer belasting op de machine veroorzaakt: complexe delen worden moeilijk volledig gevuld en bij langdurig continu productie kunnen belasting en afmetingen sneller fluctueren.
De sleutel ligt hierin:
Gelijke sferoidisatiegraad betekent niet dat de microstructuur identiek is, en al helemaal niet dat de prestaties bij koudhameren gelijk zijn.
I. Sferoidisatiegraad is slechts één onderdeel van de structuurbepaling
Het hoofddoel van sferoidiserend uitgloeien is om nadelige karbidevormen in staal – zoals lamellair of ketenvormig – door middel van verschillende structurele veranderingen, zoals splitsing, oplossing, herprecipitatie en samensmelting, geleidelijk om te zetten in korrelvormige of nagenoeg bolvormige karbiden verspreid over een ferritisch matrix.
Hierbij veranderen vooral de vorm, de grootte en de verdeling van de karbiden.
Daarom mag de evaluatie van de gesferoidiseerde structuur niet beperkt blijven tot één enkele parameter; er moeten ten minste nog drie aspecten in overweging worden genomen:
- Vorm: zijn de karbiden ronder geworden? Zijn er nog lamellaire, ketenvormige of netvormige kenmerken aanwezig?
- Grootte: zijn de deeltjes te fijn en te dicht opeengepakt? Treden er plaatselijk grotere karbiden op?
- Verdeling: zijn de karbiden gelijkmatig verdeeld? Is de verdeling aan het oppervlak, halverwege de radius en in de kern consistent?
Vooral moet men zich bewust zijn van het volgende:
Karbiden zijn niet per se beter naarmate ze fijner zijn, noch slechter naarmate ze grover zijn.
Te fijne en te dichte karbidepartikels kunnen de vervormingsweerstand van het materiaal verhogen; plaatselijk grotere karbiden of samenklontering kan weer leiden tot ongelijkmatige vervorming.
Wat uiteindelijk echt invloed heeft op de prestaties bij koudhameren, is de combinatie van karbidegrootte, de afstand tussen de deeltjes en hun verdelingstoestand.
II. Bij gelijke sferoidisatiegraad kan de ferriettoestand toch verschillen
Een gesferoidiseerde structuur bestaat niet alleen uit karbiden.
Tijdens het koudhameren beïnvloeden de karbiden de vervorming van het materiaal, terwijl de ferritische matrix grotendeels verantwoordelijk is voor de plastische stroming.
De grootte van de ferrietkristallen, de mate waarin de zachtheid is bereikt, eventuele resterende werkverharding en de homogeniteit van de structuur hebben allemaal invloed op hoe goed het materiaal zich laat koudhameren.
Zelfs bij gebruik van vergelijkbare sferoidiserende uitgloeiprocedures kan, indien de oorspronkelijke structuur na het warmwalsen in de staalfabriek verschilt, het uiteindelijke sferoidiseringsresultaat en de mate van zachtheid van de matrix verschillen.
Dus zelfs wanneer twee metaalmicrografiebeelden er vergelijkbaar uitzien, kan het werkelijke vloeigedrag van het materiaal in de matrijs nog steeds verschillen.
Drie: Een enkel gezichtsveld vertegenwoordigt niet het hele doorsnede
Als u slechts één positie en één gezichtsveld selecteert om een metallografische foto te maken, is de kans groot dat u lokale ophoping, bandvormige verdeling of overgebleven lamellen niet zult zien.
Een locatie kan voldoen aan de eisen, maar dit bewijst nog niet dat het gehele doorsnede volledig uniform is; evenmin garandeert een geschikte doorsnede dat het materiaal over de hele rol vrij van variaties is.
Voor een meer deskundige beoordeling moet rekening worden gehouden met:
- de structuurverschillen tussen het oppervlak, het midden van de radius en de kern;
- of de verschillende secties van de spoel consistent zijn;
- of er een correlatie bestaat tussen normale en abnormale segmenten.
Dit verklaart ook waarom, zelfs wanneer het materiaalcertificaat en de afzonderlijke metallografische foto allebei in orde zijn, op de werkvloer toch problemen kunnen ontstaan bij het kouddansen.
Vier: Waarom is sommige materiaal gemakkelijk te stampen en ander moeilijk, hoewel de hardheid vergelijkbaar is?
Hardheid is belangrijk, maar deze geeft slechts de testresultaten weer op beperkte plaatsen.
Kouddansen is een aaneengesloten proces van grote plastische vervorming. Het materiaal moet niet alleen beginnen te stromen, maar ook de steeds toenemende vervorming en werkverharding door latere stations kunnen weerstaan.
Het kan dus voorkomen dat twee partijen materiaal met vergelijkbare hardheid in het eerste station ongeveer gelijke prestaties laten zien; zodra ze echter terechtkomen in stations met hoge vervormingsgraden of complexe vormprocessen, kunnen belasting, vulling en stijging van de matrijswarmte geleidelijk grotere verschillen gaan veroorzaken.
Maar als de machine moeite heeft met het stampen, mag men niet direct aannemen dat het probleem bij het materiaal ligt.
Ook de staat van de matrijs, de smering, de stijfheid van de installatie, de coaxialiteit en de temperatuur tijdens continu productie hebben invloed op de daadwerkelijke belasting.
Vijf: Uiteindelijk moet de structuur overeenkomen met de situatie ter plaatse
Om te bepalen of een gegolfde microstructuur geschikt is voor echt kouddansen, mag men zich niet beperken tot bolvormigheid, hardheid of één metallografische foto.
Een effectievere methode is om de volgende informatie samen te brengen:
- metallografische structuur en hardheidsverdeling;
- verschillen tussen normale en abnormale segmenten;
- belastingsveranderingen in de kouddansinstallatie;
- vulling, afmetingen en stijging van de matrijswarmte van het product;
- het station, het tijdstip en het spoelsegment waar de afwijking optreedt.
Of de structuur werkelijk uitstekend is, wordt uiteindelijk bevestigd door de stroomgedrag van het materiaal nadat het de matrijs is binnengegaan.
Perspectief van de ingenieur
De bolvormigheidsgraad is een belangrijke indicator voor het beoordelen van gegolfde structuren, maar zij vormt niet het definitieve antwoord op de kouddansprestaties.
Wat echt bepaalt of een materiaal goed laat stampen, zijn de vorm, grootte en verdeling van de carbiden, de toestand van de ferritische matrix, de uniformiteit van de doorsnede en de spoel, alsook de mate waarin het materiaal past bij het concrete productieproces.
Dus in hoofdstuk vier hoeft u slechts één zin te onthouden:
De bolvormigheidsgraad weerspiegelt slechts een gedeelte van de structuur; of een materiaal goed laat stampen, hangt af van de werkelijke vervormingscapaciteit van de volledige microstructuur.
Als zowel de bolvormigheidsgraad als de hardheid voldoen, maar het materiaal desondanks moeilijk laat stampen, heeft het herhaaldelijk controleren van dezelfde locatie meestal geen zin. In plaats daarvan dient men de ware correlatie te vinden tussen structuurverschillen, materiaalsecties en afwijkingen ter plaatse.