Hoofdstuk 3: Gemiddeld voldoende betekent niet dat er geen lokale risico’s zijn
Op de kouddeformatievloer komt men vaak een moeilijk te beoordelen afwijking tegen:
Bij dezelfde partij materiaal, dezelfde machine en dezelfde matrijs verloopt de productie van de meeste onderdelen normaal, terwijl slechts enkele onderdelen sporadisch scheuren. Bij controle van het materiaalcertificaat, de chemische samenstelling, de hardheid en de treksterkte blijken deze nog steeds conform te zijn.
Vervolgens stellen velen zich de vraag:
Als het materiaal problemen vertoont, waarom scheurt dan niet de hele partij?
Het cruciale punt is:
Het materiaalcertificaat geeft een representatief resultaat voor de gehele partij weer, terwijl kouddeformatiescheuren zich juist kunnen voordoen op de zwakste plekken van het materiaal.
I. Enkele scheuren hoeven niet te wijzen op een probleem met de gehele partij
Kouddeformatiescheuren hebben doorgaans niet één enkele oorzaak.
Tijdens elke fase – van het walsen in de staalfabriek, via transport en overslag, over het trekkennen en bewerken tot aan het invoeren, snijden en uiteindelijk kouddeformeren – kan een plaatselijke afwijking in een bepaald processtap tijdens de daaropvolgende sterke vervorming worden vergroot.
Daarom duidt “de meeste onderdelen normaal, enkele onderdelen gescheurd” meestal op een verandering in een specifieke lokale omstandigheid binnen het materiaal of het productieproces.
Deze verandering heeft mogelijk alleen invloed op een bepaald gedeelte van de spoel, één zijde van het materiaaloppervlak of een kort tijdsbestek tijdens de doorlopende productie; daarom zal dit niet resulteren in gelijktijdige scheuring van de hele partij.
II. Lokale risico’s kunnen uit de hele procesketen voortkomen
1. Oorspronkelijke defecten ontstaan bij het walsen in de staalfabriek
Tijdens het walsproces kunnen er in de draadplaat vouwen, oortjes, scheuren, ingeperste onzuiverheden en andere plaatselijke oppervlakteafwijkingen ontstaan.
Sommige defecten zijn in de spoelvorm nauwelijks zichtbaar, maar komen pas na het zuurbehandelen, het trekkennen of de kouddeformatie geleidelijk aan naar voren. Vooral in gebieden met hoge vervormingsgraden kunnen bestaande defecten zich langs de metaalstromingsrichting verder uitbreiden.
2. Mechanische beschadigingen door transport en overslag
Tijdens hijs-, stapel- en overslagwerkzaamheden kunnen spoelen en halffabrikaten door botsingen, wrijving of plaatselijke druk schrammen, deuken of beschadigingen aan de oppervlaktelaag oplopen.
Deze schades veroorzaken niet altijd direct problemen, maar kunnen bij toetreding tot de kouddeformatieprocessen uitgroeien tot punten waar lokale spanningen zich concentreren.
3. Schade veroorzaakt tijdens het trekkennen en bewerken
Slijtage van de trekmallen, abnormale staat van de malopeningen of het voorkomen van braamvorming op geleidewieltjes en geleidewagens kunnen op het oppervlak van de draadplaat langdurige of periodiek terugkerende lengteschrammen veroorzaken.
Na fosfatering en zeepbehandeling zijn deze fouten soms moeilijk direct waarneembaar, maar tijdens de sterke plastische vervorming bij het kouddeformeren kunnen deze schrammen verder openrekken en uiteindelijk leiden tot plaatselijke scheuring.
4. Afwijkingen ontstaan tijdens invoeren, snijden en kouddeformeren
Braamvorming op doorvoerpunten van de kouddeformatiemachine, slijtage van de snijmessen of snijmallen, evenals abnormale spelingen in de snijranden kunnen het afgewerkte gietstuk aan de kop of op het oppervlak beschadigen.
Als de radius van de matrijzen, de coaxialiteit of de verdeling van de werkstappen ongeschikt is, of als de verdikking per stoot en de lokale vervormingsgraad te hoog zijn, kan zelfs bij een algemeen conform materiaal een bepaald gebied toch zijn werkelijke vervormingscapaciteit overschrijden.
5. In het materiaal bestaan lokale zwakke gebieden
Segregatie, grove of geaggregeerde insluitsels, plaatselijke ongelijkmatigheid in de structuur en bepaalde abnormale metallografische microstructuren kunnen ertoe leiden dat het vervormingsvermogen op verschillende locaties binnen het materiaal verschilt.
Terwijl de meeste delen normaal kunnen vervormen, kunnen lokale zwakke zones onder complexe belasting eerst microscheurtjes vormen, die zich vervolgens tijdens latere productiestappen geleidelijk uitbreiden.
Echter, het vaststellen van segregatie, insluitsels of structurele verschillen bewijst nog niet direct dat het materiaal de oorzaak van de scheurvorming is. Het is ook noodzakelijk na te gaan of deze afwijkingen werkelijk overeenkomen met het beginpunt van de scheuren en de patronen van het barsten zelf.
III. Waarom kunnen gangbare tests toch negatief uitvallen?
Eén rol draad kan duizenden meters lang zijn, terwijl chemische analyse, metallografische inspectie en mechanische proeven slechts een beperkt aantal bemonsteringspunten vertegenwoordigen.
Als de lokale afwijkingen niet in het monster terechtkomen, kan het testresultaat volledig normaal lijken.
Bovendien zijn sommige defecten geen oorspronkelijke materialenfouten van de staalfabriek, maar ontstaan ze pas tijdens transport, trekken, aanvoeren, snijden of koudstempelen. Als men dan opnieuw het originele materiaalcertificaat controleert, zal men moeilijk een antwoord vinden.
Dus:
Een positieve testuitslag betekent alleen dat de bemonsterde resultaten aan de gestelde eisen voldoen; dit houdt niet in dat elk punt van de hele rol materiaal en elke daaropvolgende bewerkingsstap vrij is van lokale risico’s.
IV. De echte uitdaging zit niet in het opsommen van mogelijke oorzaken, maar in het lokaliseren van het beginpunt
Vrijwel willekeurige scheurvorming kan voortkomen uit het materiaal, uit matrijzen, apparatuur en processen; soms zijn het eerder lichte lokale defecten die door grote vervormingen en procesfluctuaties versterkt worden tot barsten.
Scheurvorming veroorzaakt door verschillende factoren vertoont soms zeer gelijkaardige oppervlakteverschijnselen. Met slechts één materiaalcertificaat, één testrapport of zelfs één foto van de scheur is het doorgaans onvoldoende om direct de verantwoordelijkheid toe te wijzen.
Wat professionele experts daadwerkelijk moeten vaststellen, is het volgende:
Hierbij moet rekening worden gehouden met de morfologie van de scheur, de exacte locatie waar ze zich voordoet, het specifieke gedeelte van de spoel, de productiepatronen en de omstandigheden ter plaatse. Hoe precies monsters genomen dienen te worden, hoe de herkomst van de defecten kan worden onderscheiden en welke volgorde voor verificatietests wordt aangehouden, hangt af van de productstructuur en de specifieke omstandigheden ter plekke.
Advies van ingenieurs
Het feit dat slechts weinige producten uit dezelfde partij scheuren, is niet tegenstrijdig.
Staalfabrieksprocedures zoals walsen, transport en overslag, trekken en ombuigen, aanvoeren en snijden, evenals matrijs- en procesparameters en de interne toestand van het materiaal kunnen allemaal lokale risico’s met zich meebrengen.
In hoofdstuk drie hoeft u slechts één zin te onthouden:
Een volledig goedgekeurde partij geeft slechts de gemiddelde kwaliteit van de batch weer; stabiele massaproductie toetst echter de allerzwakste punten binnen die partij.
- Op welk moment en op welke plek is het defect eigenlijk ontstaan?
- Waarom heeft het slechts een klein aantal producten getroffen?
- Onder welke omstandigheden is het defect uitgegroeid tot barsten?
Bij incidenteel optredende scheurvorming is het belangrijkste niet om direct te beslissen of het probleem bij het materiaal ligt of bij de klantenprocessen, maar om het specifieke stadium te identificeren waar het defect is ontstaan en versterkt werd. Alleeen als de bewijslast nauwkeurig met elkaar overeenstemt, krijgen verantwoordelijkheidsbepalingen en verbetermaatregelen zin.
Indien u merkt dat de meeste producten uit dezelfde partij goed zijn, terwijl slechts enkele incidenteel scheuren, kunt u ons de materiaalsoort, draaddiameter, de betreffende productiestap en foto’s van de scheuren bezorgen. Creation Group kan, rekening houdend met de materiaaltoestand en de plaatselijke processen, helpen prioritaire onderzoeksrichtingen te bepalen en zo het vele malen heen-en-weer-testen van materiaal, matrijzen en apparatuur verminderen.
Aankondiging voor het volgende hoofdstuk
Hoofdstuk IV: “Hoewel de sferoidiseringsgraad conform is, waarom blijft de vervormingsweerstand bij koudstempelen dan toch schommelen?”