Rozdział 3: Przeciętna jakość nie oznacza braku lokalnych ryzyk
Na stanowisku zimowego wytłaczania często pojawia się trudna do zidentyfikowania anomalia:
W ramach tej samej partii materiału, na tym samym urządzeniu i przy użyciu tego samego zestawu form większość wyrobów produkowana jest bezproblemowo, podczas gdy tylko nieliczne okazjonalnie pękają. Nawet po ponownej kontroli świadectwa jakości, składu chemicznego, twardości i wytrzymałości na rozciąganie wyniki pozostają zgodne z normą.
Dlatego wielu ludzi zadaje pytanie:
Jak to możliwe, że jeśli materiał był problematyczny, nie pęka cała partia?
Kluczowa kwestia polega na tym,
że świadectwo jakości odzwierciedla rezultaty reprezentatywne dla całej partii, podczas gdy pękanie w procesie zimowego wytłaczania może wystąpić w najbardziej wrażliwych miejscach materiału.
I. Nieliczne pęknięcia nie muszą oznaczać problemów we wszystkich materiałach z partii
Pękanie w procesie zimowego wytłaczania nie jest spowodowane jednym czynnikiem.
Od walcowania w hucie, przez transport i przeładunki, aż po ciągnienie oraz kształtowanie zimowe — każda z tych faz może przyczynić się do powstania lokalnych nieprawidłowości, które w dalszym etapie, podczas intensywnych deformacji, mogą zostać znacznie potęgowane.
Dlatego sytuacja „większość wyrobów w normie, kilka pęknięć” zwykle wskazuje, że w materiale lub procesie produkcyjnym nastąpiły zmiany o charakterze lokalnym.
Takie zmiany mogą dotyczyć tylko określonego odcinka rolki, jednej strony powierzchni materiału albo krótkiego etapu ciągłej produkcji, dlatego nie prowadzą do jednoczesnego pękania całej partii wyrobów.
II. Lokalne ryzyko może mieć źródło w całym łańcuchu technologicznym
1. Początkowe defekty powstałe podczas walcowania w hucie
Podczas walcowania drutu mogą pojawić się fałdy, uszy, pęknięcia, obce ciała wtarte w powierzchnię oraz inne lokalne nieprawidłowości.
Część tych wad w stanie rolki nie jest łatwo widoczna; dopiero po kwasowaniu, ciągnieniu lub poddaniu zimowej deformacji stopniowo ujawniają się. Szczególnie w obszarach o dużym stopniu odkształcenia istniejące defekty mogą dalej rozwijać się wzdłuż kierunku przepływu metalu.
2. Uszkodzenia mechaniczne powstałe podczas transportu i przeładunków
Przy podnoszeniu, składowaniu i przerzucaniu rolek czy półfabrykatów drutowych, w przypadku kolizji, tarcia lub miejscowego docisku, mogą powstawać otarcia, wgniecenia lub uszkodzenia warstwy powierzchniowej.
Te uszkodzenia niekoniecznie powodują problemy od razu, ale po wprowadzeniu do procesu zimowego wytłaczania mogą stać się punktami koncentracji lokalnych naprężeń.
3. Uszkodzenia wniesione w procesie ciągnienia i przekształcania
Zużycie matryc ciągnących, nietypowy stan otworów matrycowych, a także występowanie zadziorów na kołnierzu prowadzącym czy kółkach prowadzących, mogą powodować na powierzchni drutu ciągłe lub przerywane rysy biegnące wzdłuż osi.
Defekty te po fosforowaniu i mydleniu czasami nie są łatwo widoczne, jednak podczas intensywnych plastycznych odkształceń w procesie zimowego wytłaczania miejsca rys mogą się dodatkowo rozciągnąć, co ostatecznie objawia się lokalnym pęknięciem.
4. Nieprawidłowości powstające w procesie podawania, cięcia i zimowego wytłaczania
Zadziory w miejscach przejścia drutu przez maszynę zimowego wytłaczania, zużycie noży lub form tnących, nietypowe luzowanie między ostrzami — wszystko to może powodować uszkodzenia końców lub powierzchni surowca.
Jeśli zaokrąglenia krawędzi form, ich współosiowość oraz rozkład poszczególnych operacji są niewłaściwe, albo jeśli stosunek zagęszczania w pojedynczej operacji oraz lokalny stopień odkształcenia są zbyt wysokie, nawet jeśli ogólna jakość materiału spełnia wymagania, to niektóre obszary mogą przekroczyć swoją faktyczną zdolność do dalszego odkształcania.
5. Wewnętrzne lokalne słabe miejsca w materiale
Segregacja, duże lub skupione inkluzje, miejscowa nierównomierność struktury oraz niektóre nietypowe mikrostruktury metalograficzne mogą powodować różnice w zdolności plastycznej materiału w różnych jego obszarach.
W większości obszarów materiał może deformować się normalnie, jednak w miejscowych słabych punktach już przy skomplikowanych warunkach obciążenia mogą najpierw powstać mikropęknięcia, które następnie stopniowo rozwijają się na kolejnych etapach obróbki.
Jednak samo wykrycie segregacji, inkluzji czy różnic w mikrostrukturze nie stanowi bezpośredniego dowodu, że materiał jest przyczyną pękania. Konieczna jest również ocena, czy te anomalie rzeczywiście korespondują z początkiem pęknięć i ich charakterystyką.
III. Dlaczego rutynowe badania nadal mogą dawać wyniki spełniające wymagania?
Jedna rolka drutu może mieć długość nawet kilku tysięcy metrów, podczas gdy badania składu chemicznego, mikrostruktury oraz właściwości mechanicznych odnoszą się wyłącznie do ograniczonej liczby pobranych próbek.
Jeśli lokalne anomalie nie znalazły się w żadnej z pobranych próbek, wyniki badań mogą być całkowicie prawidłowe.
Ponadto niektóre defekty nie są pierwotnymi wadami staliarni, lecz powstają w trakcie transportu, ciągnienia, podawania, cięcia lub niskotemperaturowego formowania główkowego. W takich przypadkach dalsze sprawdzanie oryginalnych świadectw jakości materiału raczej nie prowadzi do rozwiązania.
Zatem:
Spełnienie wymagań w wyniku badań potwierdza jedynie, że pobrane próbki są zgodne z normami; nie oznacza to jednak, że w całej rolce materiału, w każdym jej punkcie oraz na każdym kolejnym etapie produkcji brak jest lokalnych zagrożeń.
IV. Największym wyzwaniem nie jest określenie przyczyny, lecz znalezienie źródła problemu
Spotkaniowe pęknięcia mogą wynikać z niedoskonałości materiału, ale także z wad narzędzi, urządzeń lub procesów produkcyjnych; czasem są one efektem wcześniej istniejących, acz niewielkich lokalnych defektów, które zostają nasilone przez późniejsze silne odkształcenia oraz fluktuacje parametrów technologicznych.
Pęknięcia spowodowane różnymi przyczynami mogą mieć bardzo podobne objawy powierzchniowe. Samo świadectwo jakości materiału, wynik jednego badania, a nawet zdjęcie pęknięcia zwykle nie wystarczą do jednoznacznego rozdzielenia odpowiedzialności.
W praktyce zawodowej kluczową kwestią jest:
Odpowiedź wymaga kompleksowej analizy morfologii pęknięć, ich lokalizacji, segmentów rolki, charakterystyki procesu produkcyjnego oraz warunków panujących na miejscu. Natomiast szczegółowy plan pobierania próbek, sposoby identyfikacji pochodzenia defektów oraz kolejność działań weryfikacyjnych muszą zostać ustalone indywidualnie, z uwzględnieniem konstrukcji produktu i warunków na miejscu.
Pogląd inżyniera
To, że w tej samej partii materiału pęka tylko kilka wyrobów, wcale nie jest sprzeczne z logiką.
Opracowanie walcownicze, transport i przeładunki, ciągnienie i przetwarzanie, podawanie i cięcie, parametry narzędzi i procesów oraz wewnętrzny stan materiału — wszystkie te czynniki mogą generować lokalne ryzyka.
W trzecim rozdziale warto pamiętać jedną prostą zasadę:
Uznanie całej partii za dopuszczoną odzwierciedla jej średnie parametry; natomiast stabilna produkcja seryjna testuje stan najgorszych lokalnych fragmentów.
- W którym etapie procesu powstał defekt;
- Dlaczego dotknął tylko niewielkiej liczby wyrobów;
- I w jakich warunkach nasilił się do stopnia powstawania pęknięć.
W przypadku pojedynczych pęknięć najważniejsze nie jest od razu decydowanie, czy winę ponosi materiał, czy proces klienta, lecz dokładne zlokalizowanie etapu, w którym defekt powstał i został nasilony. Tylko jeśli posiadamy dowody ściśle korespondujące ze sobą, podejmowane decyzje o podziale odpowiedzialności oraz wprowadzane działania naprawcze będą miały sens.
Jeśli w danej partii materiału większość wyrobów pracuje bez zarzutów, a pojedyncze egzemplarze ulegają sporadycznemu pękaniu, prosimy dostarczyć informacje o gatunku materiału, średnicy drutu, etapie produkcji, na którym wystąpiło pęknięcie, oraz zdjęcia uszkodzeń. Grupa Creation Group, biorąc pod uwagę stan materiału i realia procesu produkcyjnego, pomoże określić priorytetowe kierunki kontroli i ograniczyć liczbę niepotrzebnych prób i błędów związanych z materiałami, narzędziami i urządzeniami.
Przegląd następnej części
Rozdział IV: „Mimo spełnienia norm sferoidyzacji, dlaczego odporność na odkształcenia w procesie niskotemperaturowego formowania główkowego wciąż ulega fluktuacjom?”