Rozdział 6: Przewód stalowy został wydłużony, a stan materiału również się zmienił
Na miejscu zimowego wytłaczania występuje bardzo częsty problem:
Materiały mają tę samą jakość i pochodzenie od tego samego hutnictwa, a ostatecznie uzyskane są identyczne wymiary, jednak po wprowadzeniu do maszyny do zimowego wytłaczania jedna partia produkcyjna przebiega sprawnie, podczas gdy druga charakteryzuje się niestabilnością formowania, niedopełnieniem główki oraz nawet sporadycznym pękaniem.
Gdzie tkwi problem?
Wielu ludzi uważa, że ciągnienie to tylko proces zwężania grubego drutu stalowego; jeśli rozmiar jest prawidłowy, to wszystko jest w porządku.
W rzeczywistości nie jest to tak proste.
Ciągnienie zmienia nie tylko średnicę, ale także późniejsze właściwości formowalności materiału.
I. Ta sama meta nie oznacza tej samej drogi
Podciągając oba druty do 10 milimetrów, jedna partia mogła zacząć od 11 milimetrów, podczas gdy druga — od 13 milimetrów.
Mimo że końcowa średnica jest taka sama, druga partia przeszła znacznie większą deformację.
Im bardziej wydłużany jest drut stalowy, tym zwykle staje się twardszy i wytrzymalszy; w dalszej fazie zimowego wytłaczania siła potrzebna do formowania ulega zmianie.
Dlatego, aby ocenić, czy materiał nadaje się do zimowego wytłaczania, nie można kierować się wyłącznie końcowymi parametrami, lecz należy brać pod uwagę:
Jaka była jego pierwotna grubość i jak duży stopień redukcji został osiągnięty.
To przypomina sytuację dwóch osób, które jednocześnie docierają na szczyt góry: jedna przyjeżdża kolejką linową, druga wdrapuje się pieszo. Choć stoją w tym samym miejscu, ich kondycja fizyczna jest zupełnie inna.
II. Zbyt duża redukcja w jednym etapie różni się od redukcji wykonanej w kilku etapach
Drut stalowy może zostać z grubego profilu wyciągnięty na cienki za jednym razem, albo stopniowo, w kilku kolejnych operacjach.
Jednorazowa redukcja o dużą wartość powoduje wzrost nacisku, tarcia i temperatury pomiędzy drutem a matrycą, co może prowadzić do niejednorodnych zmian na powierzchni i wewnątrz materiału.
Jednak częstotliwość operacji ciągnienia również nie jest najlepszym rozwiązaniem.
Zbyt wiele etapów ciągnienia równie intensywnie narzuca efekty tarcia i deformacji.
Najważniejsze jest odpowiednie ustalenie parametrów każdego etapu, zwłaszcza czy ostatnia operacja ciągnienia jest odpowiednio dobrana.
Ilość całkowitej redukcji ma duże znaczenie, ale równie istotne jest to, jak dokonano finalnego ciągnięcia.
Dlatego też różne zakłady przetworzeniowe, korzystające z tych samych drutów nawiniętych na role, mogą otrzymać materiały, których zachowanie podczas zimowego wytłaczania pozostaje różnorodne.
III. Druty stalowe również „zapamiętują” kierunek działania sił
Podczas ciągnienia drut jest przede wszystkim rozciągany w kierunku osiowym.
Podczas zgrzewania na zimno materiał ponownie ulega kompresji, przepływa w kierunku głowicy oraz wzdłuż całego obwodu.
Czyli materiał najpierw był rozciągany, a tuż potem poddawany jest naciskowi.
Jak metal zostanie odkształcony w jednym kierunku, a następnie poddany działaniu sił w kierunku przeciwnym, jego zachowanie podczas początkowej fazy odkształcania może się zmienić. W inżynierii zjawisko to nazywane jest efektem Bauschlingera.
W uproszczeniu można powiedzieć:
Drut zapamiętuje sposób, w jaki został wcześniej rozciągnięty.
Po procesie ciągnienia wytrzymałość na rozciąganie materiału wzrasta, jednak nie oznacza to, że opór przeciwko odkształceniom w kierunku kompresji podczas zgrzewania na zimno również wzrośnie proporcjonalnie.
Dlatego oceniając materiał po ciągnieniu, nie można kierować się wyłącznie wytrzymałością na rozciąganie i twardością; konieczne jest także uwzględnienie kierunku odkształceń, którym materiał będzie poddany w dalszej fazie.
IV. „Twardnienie” i „pamięć kierunkowa” pojawiają się jednocześnie
Po procesie ciągnienia materiał zwykle staje się twardszy – nazywamy to hartowaniem plastycznym.
Jednak gdy materiał przechodzi z rozciągania w kompresję, wpływa na niego efekt Bauschlingera.
Oba te zjawiska występują równocześnie:
- Im silniejsze odkształcenie podczas ciągnienia, tym zazwyczaj większy opór przed dalszym deformowaniem;
- Po zmianie kierunku działania sił materiał może szybciej zaczynać ulegać kompresji.
To, które zjawisko będzie dominowało na początku i które przeważnie objawi się w późniejszych etapach odkształcania, zależy od rodzaju materiału, jego pierwotnego stanu oraz stopnia ciągnienia.
Dlatego nie można jednoznacznie twierdzić, że „im mniej ciągniemy, tym lepiej”, ani też, że „wykorzystując efekt Bauschlingera, im więcej ciągniemy, tym lepiej”.
Potrzebny jest raczej odpowiedni zakres parametrów.
Jednak ten zakres nie jest jednakowy dla wszystkich gatunków, wszystkich specyfikacji ani wszystkich wyrobów.
V. Dlaczego bainityczna stal niemodyfikowana zasługuje na szczególną uwagę?
Część bainitycznych oraz wysokowytrzymałościowych stalek niemodyfikowanych, przechodząc po ciągnieniu z „rozciągania” w „kompresję” podczas zgrzewania na zimno, charakteryzuje się szczególnie wyraźnym efektem Bauschlingera.
Te materiały cechują się już z natury wysoką wytrzymałością. Po procesie ciągnienia ich wytrzymałość na rozciąganie nadal rośnie, ale opór przeciwko odkształceniom kompresyjnym podczas zgrzewania na zimno niekoniecznie wzrasta proporcjonalnie.
To właśnie stanowi istotną cechę bainitycznych stalek niemodyfikowanych, która sprawia, że zasługują oni na szczególną uwagę w procesach umocnienia na zimno oraz formowania zgrzewanego na zimno.
Dlatego ocena takich materiałów nie może opierać się wyłącznie na wytrzymałości na rozciąganie i twardości po ciągnieniu; wymagana jest kompleksowa analiza uwzględniająca stopień ciągnienia, czas produkcji oraz rzeczywiste zachowanie podczas zgrzewania na zimno.
VI. Dlaczego materiały zmieniają swoje właściwości po pewnym czasie przechowywania?
Niektóre materiały, gdy są używane bezpośrednio po wyciąganiu, nie powodują żadnych problemów produkcyjnych; jednak po dłuższym okresie przechowywania ich zachowanie ulega zmianie.
Przyczyną jest to, że po zakończeniu procesu wyciągania stan wewnętrzny drutu stalowego niekoniecznie stabilizuje się od razu.
Wraz ze zmianami czasu przechowywania i temperatury, wytrzymałość materiału oraz jego późniejsze zachowanie podczas deformacji mogą nadal ulegać modyfikacjom.
Dlatego, porównując dwie partie materiałów, oprócz sprawdzenia klasy materiałowej i raportów badawczych, należy również upewnić się o:
- kiedy obie partie zostały wyciągnięte;
- jak długo przechowywano je po wyciąganiu;
- czy warunki przechowywania różnią się znacząco.
Te pozornie proste informacje bywają niekiedy ważnym tropem prowadzącym do rozwiązania problemu.
VII. Co należy porównać w przypadku wystąpienia problemów?
Jeśli materiały tej samej klasy i tego samego typu wykazują różne rezultaty podczas nacinania na zimno, zaleca się najpierw porównanie następujących danych:
- wymiary przed wyciąganiem;
- wymiary po wyciąganiu;
- liczba etapów wyciągania;
- czy ostatni etap wyciągania został wykonany przy takiej samej redukcji przekroju poprzecznego;
- urządzenia produkcyjne i terminy przetworzenia obu partii;
- okres przechowywania po wyciąganiu;
- czy anomalie związane z nacinaniem na zimno korelują z daną partią przetworzoną.
Jeśli po zmianie partii przetwarzanej pojawią się nowe anomalie, a jednocześnie nie zmieniono urządzeń do nacinania na zimno, form oraz produktów, konieczna będzie szczegółowa analiza procesu wyciągania obu partii.
Jednak samo stwierdzenie różnic parametrów nie pozwala jeszcze na jednoznaczne wnioskowanie.
Rzeczywista ocena wymaga zbadania, czy zmiany w procesie wyciągania rzeczywiście korespondują ze zmianami własności materiałowych i występującymi anomaliami podczas nacinania na zimno.
Pogląd inżyniera
Wyciąganie to nie tylko prosty proces zmiany grubości drutu ze specyfikacji grubszej na cieńszą.
Zmienia on również wytrzymałość materiału, jego zdolność do dalszych deformacji oraz reakcję materiału podczas przejścia z fazy rozciągania do fazy ściskania.
Surowiec stanowi fundament, natomiast proces wyciągania decyduje o tym, w jakim stanie materiał trafia do maszyny do nacinania na zimno.
Dlatego nawet materiały tej samej klasy i tego samego typu, z których jedne dobrze się nacinają, a inne źle, mogą mieć problemy nie tyle w dokumentach potwierdzających jakość, co w samym procesie wyciągania.
Jeśli również napotkałeś(-aś) sytuację, w której materiały tej samej klasy i tego samego typu wykazują różnice w zachowaniu podczas nacinania na zimno, proszę prześlij mi dane dotyczące klasy materiału, wymiarów przed i po wyciąganiu, liczby etapów wyciągania, daty produkcji oraz zdjęcia wadliwych wyrobów.
Pomożę Ci najpierw ustalić, od czego rozpocząć kontrolę: od surowców, procesu wyciągania i przetwarzania, czy może od samego procesu nacinania na zimno.
Co nowego w następnym odcinku
Rozdział VII: „Mimo obecności fosforylowanego mydła na powierzchni, dlaczego nadal pojawiają się problemy podczas nacinania na zimno?”
W kolejnym rozdziale skupimy się na wyjaśnieniu, dlaczego widoczna warstwa pokrywająca powierzchnię materiału nie gwarantuje dostatecznej ochrony smarowniczej podczas procesu deformacji w nacinaniu na zimno.