Na miejscu wytłaczania na zimno, gdy stwierdza się pęknięcia na głowicy, krawędziach kołnierza lub w zakrążeniach R, pierwszą reakcją wielu osób jest sprawdzenie materiału lub formy do wytłaczania na zimno.
Jednak miejsca na gotowym wyrobie, w których widoczne są defekty, często są jedynie miejscami ich ostatecznego ujawnienia, a nie koniecznie miejscem powstania.
Niektóre defekty powstają podczas ciągnięcia stalowego słupa i walcowania, inne pojawiają się podczas transportu i przeładunków, a jeszcze inne są dodawane w procesach kwasowania, ciągnienia, przeprowadzania przez prowadnice, podawania materiału oraz cięcia.
Defekty powierzchniowe mogą być zarówno dziedziczone z poprzednich etapów, jak i powstawać na nowo w procesach pośrednich. Wytłaczanie na zimno zmienia tylko kształt defektu i nie jest w stanie przywrócić już naruszonej ciągłości materiału.
Przebieg defektów: słup stalowy → drut walcowany → transport i przeładunki → kwasowanie i przeróbka → ciągnienie i przeprowadzanie przez prowadnice → wytłaczanie na zimno
I. Etap ciągnięcia ciągłego: wady mogą zaczynać się poniżej powierzchni sztabki stalowej
Sztabka stalowa stanowi początek procesu produkcji drutu okrągłego. Nieprawidłowe ślady oscylacji, podskórne pory gazowe, wtrącenia szlamowe, skazy typu „naskórkowe” oraz wklęsłości mogą stać się źródłem kolejnych defektów powierzchniowych.
Rysunek 1: Nieprawidłowe ślady oscylacji na sztabce ciągnionej ciągle. Normalne, płytkie ślady nie oznaczają wady; dopiero gdy ślady znacząco pogłębiają się lub u ich podstawy pojawiają się pęknięcia lub wtrącenia szlamowe, ryzyko wystąpienia problemów w dalszym procesie produkcyjnym znacząco wzrasta.
Rysunek 2: Podskórne pory gazowe ujawnione po szlifowaniu. W trakcie walcowania pory te mogą zostać dociskane i spłaszczone, ale także wydłużone w kierunku walcowania; stopień utlenienia ich ścianek decyduje o tym, czy w późniejszym etapie możliwe będzie ich pewne zespawanie.
Rysunek 3: Wtrącenia szlamowe na powierzchni lub w pobliżu warstwy powierzchniowej sztabki. Fazowe wtrącenia szlamowe nie są zdolne do elastycznej deformacji wraz ze staliową matrycą; w trakcie walcowania mogą kruszeć, wydłużać się i ewoluować w skazy typu „naskórkowe”, fałdy lub linie wadliwe.
Rysunek 4: Skaza typu „naskórkowa” na powierzchni sztabki. Płatkowate osady metaliczne w trakcie późniejszego walcowania mogą zostać sprasowane i wtopione w matrycę; choć zewnętrznie powierzchnia wydaje się wyrównana, to wewnątrz styk międzywarstwowy może nie być prawdziwie zespolony.
Rysunek 5: Wklęsłości na powierzchni sztabki. Termin „wklęsłość” odnosi się wyłącznie do wyglądu zewnętrznego; konkretną przyczynę powstania należy ustalać na podstawie obecności substancji utlenionych na dnie wgłębienia, załamanych krawędzi oraz otaczających je mikropęknięć.
Defekty powierzchniowe sztabki w procesie walcowania mogą zostać dociskane, wydłużone lub zmienić kierunek; nawet jeśli powierzchnia staje się gładka, nie oznacza to, że pierwotna nieregularność materiału została całkowicie usunięta.
II. Etap walcowania: defekty mogą ulegać wydłużeniu, ale także powstawać na nowo
Pęknięcia w surowcu stalowym mogą przekształcić się w podłużne pęknięcia w drucie nawiniętym na szpule, a zrosty i wtrącenia mogą zostać sprasowane i wydłużone; podskórne pory gazowe również mogą tworzyć nieregularne, rozproszone linie anomalii.
Sam proces walcowania może równie dobrze prowadzić do powstawania defektów. Nieprawidłowości wypełnienia kanału walcowego, nieprawidłowa praca prowadnic lub niefunkcjonalny luz między walcami mogą powodować powstawanie uszu; gdy następnie w kolejnych kanałach te uszy zostaną wciśnięte z powrotem na powierzchnię materiału, mogą powstać fałdy. Tlenkowa skorupa lub ciała obce, wciśnięte do wnętrza czoła, również pozostawiają miejscowe obszary braku ciągłości.
Rysunek 6. Przekrój poprzeczny defektu typu fałda. Metal warstwy wierzchniej jest jakby „wklęszczony” w formie języczka, przy czym granica pomiędzy warstwami nie stanowi wiarygodnego połączenia. Chociaż powierzchnia wydaje się tymczasowo zamknięta, nie oznacza to, że wewnętrzny defekt został całkowicie usunięty.
Rysunek 7. Zrost na powierzchni drutu nawiniętego na szpule. W porównaniu z typowymi zadrapaniami, zrosty charakteryzują się często płatkowatymi osadami oraz miejscowymi fragmentami odginania czy odklejania.
Rysunek 8. Przekrój poprzeczny pęknięcia na powierzchni drutu nawiniętego na szpule. Widoczne pęknięcie biegnie od powierzchni w głąb czoła; konieczna jest dalsza analiza, czy nie towarzyszą mu procesy utleniania, dekarbonizacji lub zmian mikrostrukturalnych.
Zewnętrzny wygląd fałd i pęknięć bywa czasem bardzo podobny, jednak mechanizmy ich powstawania są różne. Fałda powstaje, gdy część metalu zostaje wciśnięta do wnętrza bez utworzenia trwałego połączenia, natomiast pęknięcie to już całkowite zerwanie ciągłości czoła. Dlatego też ścieżki ich identyfikacji nie mogą być dowolnie utożsamiane.
III. Transport i przeładunki: otarcia i zadrapania mogą również stać się punktami początkowymi pęknięć
Podczas podnoszenia, opuszczania szpul, układania stosów oraz transportu rolki mogą ulec kolizjom, przeciąganiu czy wzajemnemu tarciowi, co prowadzi do powstawania otarć, wgnieceń oraz odgięć krawędzi metalowych. Takie uszkodzenia są zwykle lokalne i przypadkowe, często koncentrując się na zewnętrznej części szpuli lub w miejscach bezpośredniego kontaktu podczas operacji podnośnikowej.
Rysunek 9. Uszkodzenia mechaniczne spowodowane przez transport lub przeładunki. Ich kierunek i lokalizacja zwykle nie są ustalone jednoznacznie, co odróżnia je od ciągłych, podłużnych rys powstających wskutek działania matryc do ciągnięcia drutu.
Dla produktów o zwykłej deformacji lekkie uszkodzenia niekoniecznie muszą od razu prowadzić do powstania anomalii; jednak w produktach poddawanych intensywnej deformacji, wyposażonych w złożone główki lub cienkie kołnierze, uszkodzone miejsca mogą stwarzać strefy koncentracji naprężeń, które w procesie zimowego udźwigania będą jeszcze bardziej nasilone.
IV. Faza kwasowego czyszczenia: może ujawnić wady, ale także pozostawić potencjalne zagrożenia
Po kwasowym czyszczeniu usuwana jest tlenkowa skorupa, co powoduje stopniowe wyjawienie wcześniej ukrytych pęknięć, zagnieceń, inkrustacji oraz wgłębień. Znalezienie wad po kwasowaniu nie oznacza jednak, że powstały one właśnie podczas tej operacji.
Jeśli tlenkowa skorupa nie została dokładnie usunięta, pozostałe tlenki mogą utrudniać równomierne tworzenie się warstwy fosforanowej i podczas ciągnienia mogą kruszeć, odpryskiwać lub zostawać wciśnięte w powierzchnię drutu.
Rysunek 10: Zostałości tlenkowej skorupy po kwasowaniu. Ciemne, podłużne pasy należy odróżnić od resztek tlenków znajdujących się wewnątrz zagnieceń czy pęknięć; nie można opierać się wyłącznie na kolorze.
Niewłaściwe prowadzenie procesu kwasowego może również spowodować korozję punktową oraz szorstkość powierzchni. Aby ustalić, czy występujące problemy to ujawnione pierwotne wady, czy też nowe defekty powstałe podczas kwasowania, konieczne jest zachowanie próbek przed i po kwasowaniu do dalszych porównań.
V. Przekształcenie i ciągnienie: podłużne zadrapania – często niedoceniane nowe defekty
Proces przekształcania obejmuje nie tylko zmianę wymiarów materiału, ale może również bezpośrednio naruszyć powierzchnię drutu.
Zabrudzenia formy ciągnącej, obecność tlenkowej skorupy lub drobinek metalu w otworach formy, chwilowa utrata smarowniczej warstwy filmowej, a także zadziory lub nietypowe kontakty w obszarze kołnierzy przejściowych i elementów prowadzących, wszystko to może powodować ciągłe lub przerywane podłużne zadrapania.
Rysunek 11: Lokalne zadrapania powstałe podczas przekształcenia i ciągnienia. Defekty rozciągają się wzdłuż długości drutu, towarzyszą im bruzdy, odgięcia metalu lub miejscowe oderwania.
Krótkie, sporadyczne zadrapania zwykle wiążą się z obecnością twardych cząstek obcych, chwilowymi przywarami smaru oraz lokalnymi kontaktami; natomiast długie, ciągłe zadrapania o względnie stałym położeniu na obwodzie drutu wymagają szczególnej kontroli formy ciągnącej, kołnierzy prowadzących oraz miejsc przejścia przez kołnierze.
Jednak podłużne ślady niekoniecznie muszą pochodzić z procesu ciągnienia. Pęknięcia powstałe podczas walcowania, zagniecenia oraz pozostałości tlenkowej skorupy po przejściu przez ciągnienie również mogą prezentować podobny wygląd. Istotne jest więc ustalenie, czy defekt istniał już przed rozpoczęciem ciągnienia, czy też pojawił się dopiero po przejściu przez którąś z form lub miejsca przejścia przez kołnierze.
W tym rozdziale omówiono jedynie uszkodzenia powierzchni powstałe w wyniku ciągnienia. Wpływ współczynnika redukcji przekroju, liczby etapów ciągnienia oraz hartowania technologicznego na właściwości udarności w procesie tłoczenia na zimno zostanie szczegółowo przedstawiony w oddzielnym rozdziale VI.
VI. Etap przed tłoczeniem na zimno: ostatnie nowe defekty często pomijane
Po wprowadzeniu materiału do maszyny do tłoczenia na zimno, ale przed rozpoczęciem właściwego kształtowania, nadal mogą powstawać nowe uszkodzenia powierzchni. Kołnierze przejściowe, urządzenia prostujące oraz mechanizmy podające mogą rysować powierzchnię drutu; zużycie, urwania lub zadziory na nożach lub formach cięcia mogą zaś uszkodzić końcówki lub boki surowców.
Jeśli defekty stale pojawiają się w określonym kierunku i na ustalonej pozycji, albo jeśli po wymianie kołnierzy przejściowych czy noży cięcia widocznie się zmieniają, nie można ograniczać się wyłącznie do ponownej weryfikacji świadectwa jakości materiału i oryginalnego drutu na szpuli.
7. Dlaczego wady genetycznie przenoszą się aż do gotowego wyrobu?
Próbowanie powoduje wydłużenie materiału wzdłuż jego długości, natomiast nacinanie na zimno powoduje kompresję osiową i przepływ radialny. Istniejące już wady mogą ulec rozciągnięciu, spłyceniu lub chwilowemu zamknięciu; mogą również zostać przeniesione wraz z przepływem materiału w kierunku głowicy, flanszy czy narożnika R, by ponownie ujawnić się w obszarach o dużym odkształceniu.
Rysunek 12: Pęknięcie na krawędzi flanszy gotowego wyrobu nacinanego na zimno. Zdjęcie ukazuje miejsce ostatecznego wystąpienia wady; nie można jedynie na podstawie wyglądu wnioskować, że wada pochodziła bezpośrednio z materiału.
Wady wzdłużne występujące na drutach po procesie nacinania na zimno niekoniecznie zachowują pierwotną liniową formę w gotowym produkcie. Mogą manifestować się jako pęknięcia na krawędziach głowicy, fałdy na flanszy, pęknięcia w zakrętach R lub lokalne wklęsłości; konkretna lokalizacja zależy od struktury produktu, kierunku cięcia oraz drogi przepływu materiału.
Wada nie zostaje zwyczajnie skopiowana na gotowy wyrob, lecz zmienia swój kształt na każdym etapie obróbki, kontynuując swoje istnienie.
8. Kluczem do ustalenia pochodzenia wady jest znalezienie momentu jej pierwszego wystąpienia
Ograniczenie się do badania wyłącznie elementów zakończonych pęknięciami rzadko wystarcza, by określić, na którym etapie produkcji powstała wada. O wiele skuteczniejszym sposobem jest zbudowanie łańcucha próbek obejmującego każdy etap — od sztabki stalowej przez druty nawinięte na koło, materiał po kwasowaniu, półprodukty po próbowaniu, blachy przed nacinaniem na zimno, aż po gotowe wyroby — aby zlokalizować etap, na którym wada pojawiła się po raz pierwszy.
Czy anomalie skupiają się tylko na pewnym fragmencie rolki, czy też występują ciągle wzdłuż całej długiej beli? Czy kierunek i pozycja wokół obwodu są stałe? Czy zmiany następują po wymianie formy, koła przebiegowego czy noża tnącego? Czy we wnętrzu pęknięcia widoczne są oznaki utlenienia, odkarboryzacji lub nietypowych linii przepływu metalu? Wszystkie te aspekty mogą pomóc w ustaleniu kierunku dochodzenia, jednak nie mogą być interpretowane samodzielnie bez uwzględnienia dokumentacji procesowej.
Opinia inżyniera
Wady powierzchniowe mogą pochodzić z procesów odlewania ciągłego, walcowania, transportu, kwasowania oraz przetwarzania poprzez próbowanie; mogą także powstawać w fazie przebiegu, podawania i cięcia na maszynie do nacinania na zimno.
Fakt, że wyrob gotowy pęka w określonym miejscu, nie oznacza, że wada powstała właśnie tam.
Wada w gotowym wyrobie to rezultat; dopiero znalezienie etapu, na którym wada pojawiła się po raz pierwszy, pozwala zbliżyć się do jej prawdziwego źródła.
Celem śledzenia pochodzenia wady nie jest uprzednie rozłożenie odpowiedzialności, lecz zbudowanie kompletnego łańcucha dowodowego obejmującego wszystkie etapy produkcji.
Jeśli również spotykasz się z problemami takimi jak bruzdy na drutach, wzdłużne zadrapania, fałdowanie lub sporadyczne pęknięcia przy nacinaniu na zimno, proszę prześlij mi informacje dotyczące klasy materiału, jego specyfikacji, zdjęcia wad, stanowiska ich występowania oraz charakterystykę ich rozmieszczenia. Na początku pomogę Ci ocenić, od którego obszaru rozpocząć dochodzenie: czy od surowców dostarczanych przez hutę, środków ochrony podczas transportu, procesu kwasowania i przetwarzania, czy może od samego sprzętu do nacinania na zimno.
Zapowiedź następnego odcinka
Rozdział 6: „Dlaczego ten sam materiał prezentuje różne właściwości po próbowaniu i przed nacinaniem na zimno?”
Następny rozdział skupi się na tym, jak stopień redukcji przekroju, liczba przejść przez walce oraz hartowanie pracą wpływają na rzeczywisty stan materiału tuż przed jego wprowadzeniem do maszyny do nacinania na zimno.