Цель сфероидизирующего отжига — улучшить возможности холодной формовки среднеуглеродистых сталей и легированных сталей.
Однако при оценке материала на месте часто «степень сфероидизации» принимают за единственный критерий. Если степень сфероидизации и твердость соответствуют требованиям, считается, что материал обязательно хорошо поддается высадке.
На практике это не всегда так.
Для одного и того же марочного состава, при близкой твердости и одинаковой степени сфероидизации одни материалы легко обрабатываются, хорошо формуются; другие же требуют от оборудования большего усилия, сложные участки труднее заполняются, а при непрерывном производстве нагрузка и размеры изделия чаще подвержены колебаниям.
Ключевое заключение:
Одинаковая степень сфероидизации не означает одинакового состояния микроструктуры и тем более одинаковых характеристик при холодной высадке.
1. Степень сфероидизации — лишь часть оценки микроструктуры
Основная цель сфероидизирующего отжига состоит в том, чтобы ламеллярные, цепочкообразные и другие неблагоприятные формы карбидов в стали, проходя стадии распада, растворения, повторного выделения и слияния, постепенно превращались в зернистые или почти сферические карбиды, равномерно диспергированные в ферритной матрице.
При этом изменяются главным образом форма, размеры и распределение карбидов.
Поэтому для оценки сфероидизированной структуры недостаточно одного лишь процентного соотношения; необходимо учитывать как минимум три аспекта:
- Форма: насколько карбиды округлые, сохраняются ли ламеллярные, цепочкообразные или сетчатые структуры;
- Размер: не слишком ли мелкие и густо расположенные частицы, нет ли локально крупных карбидов;
- Распределение: равномерно ли распределены карбиды, одинаково ли их распределение на поверхности, в средней части радиуса и в сердцевине.
Особенно следует отметить:
Карбиды не всегда лучше мельче, но и не всегда хуже крупнее.
Слишком мелкие и чрезмерно плотно расположенные частицы могут увеличивать сопротивление деформации; локально крупные или скученные в группы карбиды, напротив, могут приводить к несогласованности деформаций.
Именно сочетание размеров карбидов, межзернового расстояния и характера их распределения определяет реальные характеристики при холодной высадке.
2. При одинаковой степени сфероидизации состояние феррита также может различаться
Сфероидизированная структура включает не только карбиды.
В процессе холодной высадки карбиды влияют на деформацию материала, тогда как основную пластическую деформацию воспринимает ферритная матрица.
Размер зёрен феррита, степень его размягчения, наличие остаточной работы закалки, а также однородность структуры — всё это влияет на удобство обработки материала при высадке.
Даже при использовании схожих режимов сфероидизирующего отжига, если исходная структура после горячей прокатки на металлургическом заводе различна, конечный результат сфероидизации и степень размягчения матрицы тоже могут отличаться.
Таким образом, даже если две металлографические фотографии выглядят похожими, реальная способность материала течь в пресс-форме всё равно может различаться.
III. Одно поле зрения не может представлять весь поперечный срез
Если выбрать для фотосъемки металлографического образца лишь одно положение, одно поле зрения, вполне возможно, что локальные скопления, полосчатое распределение или остаточные пластинчатые структуры останутся незамеченными.
Соответствие на одном участке не доказывает полной однородности всего поперечного среза; соответствие одного среза также не гарантирует отсутствия вариаций по всей длине рулона материала.
Для более профессиональной оценки необходимо учитывать:
- различия в микроструктуре между поверхностным слоем, средней частью по радиусу и сердцевиной;
- соответствие между различными участками рулона;
- возможную взаимосвязь между нормальными и аномальными участками.
Именно поэтому даже при наличии сертификата качества и соответствующей отдельной металлографической фотографии на месте всё равно могут возникать трудности при высадке.
IV. Почему при близких значениях твёрдости одни заготовки легко обрабатываются, а другие — нет?
Твёрдость играет важную роль, однако она представляет собой результат измерений лишь в ограниченном числе точек.
Холодная высадка — это процесс непрерывной крупной пластической деформации. Материал должен не только начать течь, но и выдерживать нарастающую деформацию и упрочнение, возникающие на последующих операционных позициях.
Поэтому две партии материала с близкими значениями твёрдости могут демонстрировать примерно одинаковые характеристики на первой операционной позиции; однако при переходе к операциям с высокой степенью деформации или сложным формообразованием нагрузки, заполнение и повышение температуры пресс-формы могут постепенно выявить заметные различия.
Однако если станок испытывает затруднения при обработке, это ещё не значит, что проблема исключительно в материале.
Состояние пресс-форм, подача смазки, жёсткость оборудования, соосность и температурный режим непрерывного производства также оказывают существенное влияние на фактические нагрузки.
V. В конечном счёте важно согласование микроструктуры с реальными условиями производства
Чтобы определить, подходит ли сфероидизированная микроструктура для практической холодной высадки, недостаточно ориентироваться только на степень сфероидизации, значение твёрдости или одну металлографическую фотографию.
Более эффективная оценка достигается путём совмещения следующей информации:
- металлографическая микроструктура и распределение твёрдости;
- различия между нормальными и аномальными участками;
- изменение нагрузки на оборудовании для холодной высадки;
- заполнение изделия, его размеры и повышение температуры пресс-формы;
- позиции, моменты и участки рулона, где проявляются аномалии.
Действительное качество микроструктуры в конечном счёте подтверждается характером течения материала после его попадания в пресс-форму.
Мнение инженера
Степень сфероидизации является важным показателем оценки сфероидизированной микроструктуры, однако она не даёт окончательного ответа на вопрос о технологических свойствах при холодной высадке.
Решающими факторами, определяющими, насколько хорошо материал поддаётся высадке, являются форма, размер и распределение карбидов, состояние ферритной матрицы, равномерность по сечению и в пределах рулона, а также соответствие материала конкретному технологическому процессу.
Таким образом, в четвёртой главе достаточно запомнить одну фразу:
Степень сфероидизации отражает лишь частичные результаты микроструктурного анализа; способность материала к холодной высадке определяется реальной деформируемостью всей комплексной микроструктуры.
Если степень сфероидизации и твёрдость соответствуют требованиям, но материал всё равно плохо поддаётся высадке, повторный анализ одной и той же точки, как правило, не принесёт результата. Необходимо установить истинную взаимосвязь между различиями в микроструктуре, участками материала и производственными аномалиями.