Когда на месте холодной высадки обнаруживают трещины на головке, по краям фланца или в радиусном углу, у многих первая реакция — проверить материал или пресс-формы для холодной высадки.
Однако место дефекта, которое видно на готовом изделии, зачастую является лишь местом его окончательного проявления, а не местом первоначального возникновения.
Некоторые дефекты образуются уже на стадии непрерывного литья и прокатки, другие — при транспортировке и перегрузке, а третьи появляются в процессе травления, волочения, протяжки через направляющие ролики, подачи заготовки и резки.
Поверхностные дефекты могут как передаваться по цепочке от предыдущих этапов, так и возникать заново на промежуточных операциях. Холодная высадка изменяет форму дефекта, но не восстанавливает нарушенную целостность материала.
Путь развития дефектов: слиток непрерывного литья → катаная проволока → транспортировка и перегрузка → травление и подготовка → волочение с протяжкой → формование методом холодной высадки
I. Этап непрерывной разливки: дефекты могут начинаться под поверхностью заготовки
Стальная заготовка является исходным материалом для проволоки. Аномальные вибрационные следы, подкожные поры, шлаковые включения, наросты и впадины могут стать источниками последующих поверхностных дефектов.
Рис. 1. Аномальные вибрационные следы на заготовке непрерывной разливки. Нормальные мелкие следы не являются дефектом; однако если следы становятся чрезмерно глубокими или у их основания появляются трещины или шлаковые включения, риск возникновения проблем в дальнейшем значительно возрастает.
Рис. 2. Подкожные поры, обнажённые после шлифовки. В процессе прокатки поры могут быть спрессованы или вытянуты вдоль направления прокатки; степень окисления их внутренних стенок влияет на возможность надёжного сваривания впоследствии.
Рис. 3. Шлаковые включения на поверхности или вблизи поверхности заготовки. Шлаковая фаза не способна совместно деформироваться с основным стальным матриксом; в процессе прокатки она может разрушиться, вытянуться и перерасти в наросты, складки или линейные дефекты.
Рис. 4. Наросты на поверхности стальной заготовки. Листовидные металлические включения в процессе последующей прокатки могут быть смяты до тонкой плёнки и включены в основную матрицу; внешне поверхность кажется выровненной, но внутренняя граница раздела может так и не достичь надёжного соединения.
Рис. 5. Впадины на поверхности стальной заготовки. Термин «впадина» описывает внешнюю форму; конкретное происхождение необходимо определять, учитывая наличие окислов на дне, завёрнутые края и окружающие трещины.
Поверхностные дефекты заготовки в процессе прокатки могут быть спрессованы, вытянуты или изменить своё направление. Выравнивание внешней поверхности ещё не означает, что первоначальная неоднородность материала полностью устранена.
II. Стадия прокатки: дефекты могут удлиняться или возникать заново
Трещины в заготовке могут переродиться в продольные трещины на катанке; шелушения и включения шлака могут быть смяты, утончены и удлинены; подкожные поры также могут образовывать прерывистые линейные дефекты.
Сам процесс прокатки тоже может приводить к появлению дефектов. Нарушения заполнения профиля, неисправности направляющих устройств или зазора между валками могут вызвать образование заусенцев; при последующем обжатии эти заусенцы вдавливаются обратно в поверхность материала, что приводит к образованию складок. Окалина или посторонние частицы, вдавленные в основной металл, также оставляют участки местной непрерывности.
Рис. 6 Поперечный разрез дефекта складки. Поверхностный слой металла завёрнут в виде языка, граница раздела не образует надёжного соединения. Внешнее временно закрытие поверхности не означает, что внутренний дефект устранён.
Рис. 7 Шелушение на поверхности катанки. По сравнению с обычными царапинами, шелушения часто сопровождаются наличием пластинчатых наслоений, местным задиром краёв или следами отслоения.
Рис. 8 Поперечный разрез трещины на поверхности катанки. На фотографии видно, как трещина распространяется от поверхности внутрь основного объёма; требуется дополнительный анализ, чтобы определить, сопровождается ли она окислением, декарбонизацией или аномальной микроструктурой.
III. Транспортировка и перегрузка: механические повреждения также могут стать очагами трещинообразования
Во время подъёма, сматывания, складирования и транспортировки рулоны сталкиваются, трутся друг о друга или подвергаются трению, что может приводить к образованию царапин, вмятин и отгибов металла. Такие повреждения обычно локальны и случайны, чаще всего они сосредотачиваются на внешнем слое рулона или в местах непосредственного контакта при подъёме.
Рис. 9 Царапины и ударные повреждения, полученные во время транспортировки или перегрузки. Их направление и расположение обычно неопределённы, что отличается от непрерывных продольных растяжений, образующихся в процессе волочения через фильеры.
IV. Фаза травления: выявляются дефекты, но могут оставаться скрытые риски
После удаления оксидной плёнки травлением постепенно проявляются ранее скрытые трещины, завальцовки, узлы и раковины. Поэтому обнаружение дефектов после травления ещё не означает, что они возникли именно на этом этапе.
Если оксидная плёнка удалена недостаточно тщательно, остатки окислов могут препятствовать равномерному формированию фосфатного покрытия и в процессе волочения разрушаться, отслаиваться или вдавливаться в поверхность проволоки.
Рис. 10. Остатки оксидной плёнки после травления. Тёмные продольные полосы необходимо отличать от остатков окислов внутри завальцовок или трещин; нельзя делать выводы только по цвету.
Неконтролируемое травление также может приводить к точечной коррозии и шероховатости поверхности. Чтобы определить, являются ли эти проблемы проявлением исходных дефектов или же возникли уже в процессе травления, необходимо сохранять образцы до и после этой операции для сравнительного анализа.
V. Переволочка: продольные царапины — часто недооценённый новый дефект
Процесс переволочки не сводится лишь к изменению размеров материала; он может напрямую повредить поверхность проволоки.
Износ волочильной матрицы, попадание в её отверстие оксидной плёнки или металлической стружки, кратковременное нарушение смазочного слоя, а также заусенцы или нештатные контакты на направляющих роликах и в зонах направления — всё это может вызывать сплошные или прерывистые продольные царапины.
Рис. 11. Локальные царапины, возникшие при переволочке. Дефекты распределены вдоль длины проволоки и сопровождаются канавками, подворотами металла или местными отрывами.
Короткие, единичные царапины обычно связаны с твёрдыми инородными частицами, временным налипанием смазки или локальными контактами; если же царапины распространяются на значительную длину и относительно стабильно располагаются по окружности, следует прежде всего проверить волочильную матрицу, направляющие ролики и места прохождения проволоки.
Однако продольные следы не обязательно являются результатом волочения. Трещины, завальцовки и остатки оксидной плёнки после волочения тоже могут приобретать сходный внешний вид. Главное — установить: существовал ли дефект ещё до начала волочения или же начал проявляться лишь после определённой матрицы либо участка прохождения проволоки.
В данной главе рассматриваются лишь поверхностные повреждения, вызванные волочением. Влияние коэффициента уменьшения сечения, числа волочильных операций и работы на упрочнении на свойства холодной высадки будет подробно рассмотрено в шестой главе.
VI. На входе в станок холодной высадки: последний этап появления новых дефектов часто остаётся незамеченным
После поступления материала в станок холодной высадки, но до начала формирования заготовки, на поверхности всё ещё могут возникать новые повреждения. Направляющие ролики, устройства правки и подачи могут царапать проволоку; износ, сколы и заусенцы на ножах или матрицах для резки также способны повредить торцевые или боковые поверхности заготовок.
Если дефекты постоянно проявляются в одном и том же направлении и на одной и той же позиции, либо заметно меняются после замены направляющих роликов или режущих инструментов, то одного пересмотра сертификата качества и первоначальной катушки недостаточно.
7. Почему дефекты «передаются» до конечного изделия?
Волочение приводит к удлинению материала вдоль его длины, тогда как холодная высадка вызывает осевое сжатие и радиальное перемещение металла. Исходные дефекты могут удлиняться, сужаться или временно закрываться; они также могут переноситься вместе с потоком материала к головке, фланцу или радиусному углу, а затем снова раскрываться в зонах высокой деформации.
Рис. 12. Трещина на краю фланца холодновысадочного изделия. На фотографии показано место окончательного проявления дефекта; по внешнему виду нельзя однозначно утверждать, что дефект исходно возник именно в материале.
Продольный дефект на проволоке после обработки может уже не сохранять свою первоначальную прямолинейную форму. Он может проявляться в виде трещины на краю головки, складки на фланце, трещины в радиусном углу или локальной впадины — конкретное расположение зависит от конструкции изделия, направления резки заготовки и траектории движения материала.
Дефект не просто копируется в готовое изделие, а продолжает существовать, изменяя свою форму на каждом этапе обработки.
8. Ключ к определению источника дефекта — найти момент его первого появления
Оценка только конечных трещинированных деталей обычно недостаточна для определения того, на какой стадии процесса возник дефект. Более эффективный метод поиска — создать цепочку образцов, охватывающую все этапы: слиток, катанку, материал после травления, полуфабрикаты волочения, заготовки для холодной высадки и готовые изделия — и выявить, на какой операции дефект проявился впервые.
Аномалии сосредоточены лишь в одной части бухты или распространяются по всей её длине? Направление дефектов и их положение по окружности постоянны? Изменяются ли они после замены форм, направляющих роликов или режущих ножей? Присутствуют ли внутри трещин следы окисления, обезуглероживания или нетипичные линии текучести металла? Все эти признаки помогают определить направление расследования, однако их недостаточно использовать без учёта записей о технологических операциях.
Мнение инженера
Поверхностные дефекты могут возникнуть на стадиях непрерывного литья, прокатки, транспортировки, травления и повторного волочения; они также могут появиться в процессе прохождения проволоки через станок, подачи и резки на машине холодной высадки.
Место разрушения готового изделия не означает, что дефект сформировался именно там.
Дефект на готовом изделии — это результат; чтобы приблизиться к истинной причине, необходимо найти операцию, на которой дефект проявился впервые.
Цель прослеживания дефектов — не распределение ответственности, а формирование полной цепочки технологической документации.
Если вы также сталкиваетесь с шелушением катанки, продольными царапинами, складками или периодическими трещинами при холодной высадке, пожалуйста, пришлите мне информацию о марке и типоразмере материала, фотографии дефектов, места их возникновения и характер их распределения. Я помогу вам определить, с чего начать расследование: с сырья завода-производителя, условий транспортировки и защиты, процесса травления и модификации волочения или же с оборудования для холодной высадки.
Анонс следующего выпуска
Глава 6: «Почему один и тот же материал после волочения демонстрирует различное поведение при холодной высадке?»
В следующей главе мы подробно рассмотрим, как степень уменьшения сечения, количество операций волочения и процессы работы на упрочнение влияют на фактическое состояние материала перед его поступлением на станок холодной высадки.