Când, la locul de ștanțare rece, se constată crăpături pe cap, pe marginea flanșei sau în colțurile R, reacția imediată a multora este să verifice materialul sau matricele de ștanțare.
Dar locul unde se observă defectul asupra produsului finit este adesea doar punctul în care acesta apare în final, și nu neapărat locul în care s-a format inițial.
Unele defecte apar în timpul turnării continue și laminării, altele rezultă în procesul de transport și transbordare, iar unele se adaugă în fazele de decapare, tracțiune, trecere prin gheță, alimentare și tăiere.
Defectele de suprafață pot fi atât moștenite din amonte, cât și generate din nou în cursul operațiilor intermediare. Ștanțarea rece modifică forma defectelor, dar nu poate restabili continuitatea materialului deja afectat.
Calea defectelor: lingot continuu → tijă laminată → transport și transbordare → decapare și transformare → tracțiune prin gheță → ștanțare rece
I. Etapa de turnare continuă: defectele pot începe sub stratul superficial al tijei de oțel
Tija de oțel reprezintă punctul de pornire al firului rulant. Urmele anormale de vibrație, porozitătea subcutanată, impuritățile incluse, cicatricile și gropile pot deveni surse ale defectelor ulterioare ale suprafeței.
Figura 1: Urme anormale de vibrație pe tija turnată continuu. O urmă ușoară normală nu înseamnă neapărat un defect; numai când urma se adâncește excesiv sau când la bază apar fisuri sau impurități incluse, riscul ulterior crește semnificativ.
Figura 2: Porozitatea subcutanată dezvăluită după rectificare. În timpul laminării, porozitatea poate fi comprimată sau alungită în direcția laminării; gradul de oxidare al pereților interiori influențează posibilitatea unei suduri sigure ulterioare.
Figura 3: Impurități incluse la suprafață sau în straturile apropiate de suprafață ale tijei. Faza de impurități nu se deformează coerent cu matricea de oțel; în timpul laminării, acestea pot fi fragmentate, alungite și transformate în cicatrici, pliere sau defecte liniare.
Figura 4: Cicatrice la suprafața tijei de oțel. Aderența metalică în formă de foiță poate fi subțiată și încorporată în masa principală în timpul laminării ulterioare; deși suprafața pare netedă, granița internă nu este neapărat bine legată.
Figura 5: Gropi la suprafața tijei de oțel. „Groapa” descrie doar aspectul exterior; cauzele exacte trebuie stabilite prin analiza oxizilor din fundul gropii, a marginilor răsucite și a fisurilor din jur.
Defectele de suprafață ale tijei de oțel pot fi comprimate, alungite sau schimbate în direcție în timpul procesului de laminare. Aspectul aparent neted nu înseamnă că discontinuitatea inițială a materialului a dispărut.
II. Etapa de laminare: defectele pot fi îndelungate sau chiar reproduse
Fisurile din tijele de oțel pot evolua în fisuri longitudinale ale sârmei bobinate, iar petele și impuritățile străine pot fi comprimate și întinse, iar porii subcutanăți pot forma anomaliile liniare discontinue.
Procesul de laminare în sine poate genera, de asemenea, defecte. Umplerea necorespunzătoare a gurilor de laminare, defecțiile echipamentelor de ghidare sau starea neregulată a jocului dintre rolele de laminare pot duce la formarea unor urechi; aceste urechi, prelucrate ulterior în gurile următoare, se pot transforma în pliere. De asemenea, depunerile de rugină sau alte particule străine, introduse în masa metalică prin presare, vor lăsa zone locale de discontinuitate.
Figura 6: Secțiune transversală a unui defect de pliere. Metalul stratificat este înfășurat ca o limbă, fără a forma o legătură sigură la nivelul interfazelor. Închiderea temporară a suprafeței nu înseamnă că defectul intern a fost eliminat.
Figura 7: Pete evidente pe suprafața sârmei bobinate. Comparativ cu zgârieturile obișnuite, aceste pete prezintă adesea aderențe lamelare, ridicături locale sau urme de desprindere.
Figura 8: Secțiune transversală a unei fisuri de pe suprafața sârmei bobinate. Fisura ilustrată se extinde de la suprafață spre interiorul masei metalice; necesită analiză suplimentară pentru a stabili dacă este asociată cu oxidare, decarburare sau structuri anormale.
Aspectul plierilor și al fisurilor este uneori similar, dar mecanismul lor de apariție este diferit. Plierea reprezintă o situație în care o parte din metal este înfășurată fără a forma o legătură solidă, în timp ce fisura indică deja o separare a continuității materialei. Direcțiile de investigare ale celor două tipuri de defecte nu pot fi confundate simplu.
III. Transport și transfer: zgârieturile generate prin impact sau frecare pot deveni puncte de declanșare a fisurilor
Datorită coliziunilor, tracțiilor sau frecărilor reciproce între roletele bobinate în timpul ridicării, coborârii, stivuirii sau transportului, pot apărea zgârieturile, amprentele sau marginile metalice răsucite. Aceste tipuri de deteriorări sunt, de obicei, locale și aleatorii, concentrându-se adesea în zona periferică a roletelor sau în locurile de contact direct cu echipamentul de ridicare.
Figura 9: Deteriorări provocate de ciocniri sau frecări în timpul transportului sau transferului. Direcția și poziția acestora sunt, de obicei, neuniforme, diferențiindu-se clar de zgârieturile longitudinale continue generate de matricele de trefilare.
Pentru produsele cu deformare moderată, leziunile ușoare nu conduc neapărat imediat la apariția anomalii; însă în cazul produselor supuse unei deformări mari, cu capete complexe sau cu flanse subțiri, locurile afectate pot constitui centre de concentrație a tensiunilor, amplificate ulterior în procesul de bulonare rece.
IV. Etapa de decapare: poate scoate la iveală defecte, dar și lăsa potențiale riscuri
În urma decapării, care elimină crusta de oxid, fisurile, îndoiturile, scobiturile și gropile care erau anterior acoperite încep treptat să apară. Prin urmare, descoperirea unor defecte după decapare nu înseamnă neapărat că acestea s-au format în cadrul acestei operații.
Dacă crusta de oxid nu este înlăturată complet, reziduurile rămase vor afecta formarea uniformă a stratului de fosfatizare și ar putea să se spargă, să cadă sau să fie comprimate în suprafața sârmei în timpul tragerii.
Figura 10: Rămășițe de crustă de oxid după decapare. Banda lungă întunecată trebuie diferențiată de eventualele reziduuri de oxid din interiorul îndoiturilor sau fisurilor; nu se poate trage concluzia doar pe baza culorii.
O decapare nefavorabilă poate duce, de asemenea, la coroziune punctiformă și la o suprafață neregulată. Pentru a determina dacă problemele sunt defecte originare scoase la vedere sau noi adăugări apărute în cursul decapării, este necesar să păstrăm probe atât înainte, cât și după decapare, pentru comparare.
V. Tragerea prin remodelare: zgârieturile longitudinale sunt defecte noi ușor subestimate
Procesul de remodelare nu se limitează doar la schimbarea dimensiunilor materialului; el poate deteriora direct suprafața sârmei.
Uzura matricelor de trefilare, intrarea crustei de oxid sau a particulelor metalice în gurile matricelor, falimentul temporar al peliculei de lubrificare, precum și buricurile sau contactele anormale la roțile de trecere și la elementele de ghidare pot provoca zgârieturile longitudinale, continue sau intermitente.
Figura 11: Zgârieturile locale generate în urma tragerii prin remodelare. Defectele sunt distribuite de-a lungul sârmei și sunt acompaniate de canale, ridicări ale metalului sau rupturi locale.
Zgârieturile scurte și ocazionale necesită investigarea corpurilor străine dure, liposirii temporare și a contactelor locale; în cazul aparițiilor continue pe distanțe mari, cu poziții relative fixe pe circumferință, atenția trebuie concentrată asupra matricelor de trefilare, roților de ghidare și locurilor de trecere.
Însă semnele longitudinale nu provin neapărat din procesul de tragere. Fisurile de laminare, îndoiturile și reziduurile de crustă de oxid, după ce trec prin tragere, pot prezenta aspecte similare. Ceea ce trebuie verificat cu adevărat este următoarea întrebare: defectul exista deja înainte de a intra în procesul de tragere sau a început să apară abia după o anumită matrice sau după un anumit punct de trecere?
Acest capitol discută doar despre daunele superficiale provocate de tragere. Impactul ratei de reducere a secțiunii, numărul de treceri și încărcarea de lucru asupra performanței de ștanțare la rece vor fi analizate separat în capitolul VI.
VI. Partea frontală a procesului de ștanțare la rece: ultimul tip de defect nou apare adesea neobservat
Chiar și după intrarea materialului în mașina de ștanțare, înainte de formarea propriu-zisă, mai pot apărea noi defecțiuni la suprafață. Roțile de trecere, dispozitivele de dreptare și mecanismele de alimentare pot zgâria sârma; uzura, crăpăturile și buricurile lamaiei sau matricelor de tăiere pot deteriora, la rândul lor, fețele sau lateralele prelucrate.
Dacă defectele apar mereu în aceleași direcții și în aceleași locuri, sau dacă se observă modificări semnificative după înlocuirea roților de trecere sau a lameilor de tăiere, atunci nu este suficient să verificăm doar certificatul de calitate al materialului și rolul inițial de bandă.
VII. De ce defectele se „transmit” până la produsul finit?
Tracțiunea face ca materialul să se extindă în lungime, iar bulonarea rece provoacă comprimarea axială și curgerea radială a materialului. Defectele preexistente pot fi îndelungate, îngustate sau temporar închise; de asemenea, ele pot fi mutate spre cap, fațetă sau colțul R odată cu curgerea materialului, reapărând apoi în zonele cu deformare intensă.
Figura 12: Crăpare la marginea fațetei unui produs finit obținut prin bulonare rece. Fotografia arată locul unde apare definitiv defectul; totuși, nu putem deduce doar din aspect că acesta provine neapărat din material.
Defectele longitudinale prezente pe firul metalic, după ce ajung la produsul finit, nu mai păstrează neapărat forma lor inițială dreaptă. Ele pot apărea sub formă de crăpături la marginea capului, pliere ale fațetei, fisuri la colțurile R sau adâncituri locale, poziția exactă depinzând de structura produsului, direcția tăierii și traseul curgerii materialului.
Defectele nu sunt pur și simplu copiate asupra produsului finit, ci își schimbă forma la fiecare pas al procesului, continuând să existe.
VIII. Pentru a identifica sursa defectelor, este esențial să găsești momentul „prima apariție”
Examinarea doar a pieselor finale fisurate nu este suficientă pentru a stabili la ce etapă a procesului a apărut defectul. O metodă mult mai eficientă de investigare constă în crearea unei lanțuri de probe, pornind de la lingot, tijă, material după spălare cu acid, semifabricat tras, billet pentru bulonare și până la produsul finit, urmărind astfel etapa în care defectul apare pentru prima dată.
Anomalile sunt concentrate doar într-o anumită porțiune a rulotei, sau apar în mod continuu pe întreaga bobină? Direcția și poziția circumferențială a defectelor sunt fixe? Se modifică acestea după înlocuirea matricelor, roților de dirijare sau lamaților de tăiere? Există oxidare, decarburare sau linii de curgere metalice anormale în interiorul fisurilor? Toate aceste indicii pot oferi direcții de cercetare, dar nu trebuie folosite separat de înregistrările procesului.
Punctul de vedere al inginerului
Defectele de suprafață pot proveni de la turnarea continuă, laminare, transport, spălarea cu acid și transformarea prin tracțiune, precum și din operațiile de dirijare, alimentare și tăiere ale mașinii de bulonare.
Faptul că produsul finit se rupe într-un anumit loc nu înseamnă că defectul s-a format acolo.
Defectul final este rezultatul; doar identificând etapa în care apare pentru prima dată ne apropiem de adevărata sa origine.
Scopul urmăririi originii defectelor nu este să atribuim responsabilități, ci să construim o lanț complet de dovezi legate de toate etapele procesului.
Dacă și dumneavoastră vă confruntați cu cicatrici pe tija metalică, zgârieturi longitudinale, pliere sau fisuri ocazionale la bulonarea rece, vă rog să-mi trimiteți informațiile despre marca materialului, dimensiunile, fotografii cu defectele, postul de lucru unde apar și distribuția anomaliei. Voi putea, în primă fază, să vă ajut să decideți dacă investigațiile trebuie începute de la materia primă furnizată de oțelărie, de la modalitatea de protecție în timpul transportului, de la procesul de spălare cu acid și transformare, sau de la echipamentele de bulonare.
Anunț pentru următorul episod
Capitolul VI: „De ce același material prezintă comportamente diferite după tracțiune și bulonare?”
Următorul capitol se va concentra asupra impactului coeficientului de reducere a secțiunii, a numărului de treceri prin tracțiune și a încărcării de lucru, precum și asupra modului în care acestea influențează starea reală a materialului la intrarea în mașina de bulonare.