Tilfælde 01 / Revner ved koldstukning
Netformede revner i boltflangen:
Undersøgelse af lamelstruktur og lokal hærdning ved overfladen
Et boltskaft ser normalt ud, men flangekanten har fine revner efter koldstukning. Her er spørgsmålet »er materialet for hårdt?« sjældent tilstrækkeligt.
Undersøgelsen viser både afvigende mikrostruktur og højere hårdhed tæt ved overfladen. På det grundlag foreslås, at lamelstrukturen og mulig overfladeopkulning har påvirket den lokale deformationsevne og medvirket til revner ved flangeformningen.
Her gennemgås observationerne og den foreslåede skadesmekanisme.
Et: Kunden bad Creation Group undersøge revner ved koldstukning
En befæstelsesproducent fandt netformede revner i boltflanger fremstillet af tråd fra sin eksisterende leverandør og bad Creation Group hjælpe med analysen.
Kunden oplyste stålkvaliteten som SCM435 og tråddiameteren som φ13,15 mm. Materialet var ikke leveret af Creation Group, som alene analyserede de indsendte prøver. Kunde og leverandør er anonymiseret.
Grundlaget var emnernes udseende, metallografiske tværsnit og mikro-Vickers-registreringer. Oprindelig tråd fra samme batch, fuldstændige varmebehandlingsregistreringer og kvantitative kulstofmålinger forelå ikke.
Revner i flangen
Den indsendte flange viser flere korte revner, som lokalt krydser hinanden.
To: Mikrostruktur og hårdhed afviger tæt ved overfladen
Tværsnitsbillederne viser et område med tydeligt afvigende mikrostruktur tæt ved overfladen. To markerede bredder er 78,56 μm og 105,64 μm, svarende til omkring 0,08–0,11 mm.
Ved højere forstørrelse ses tydelige lamel- og stribemønstre, som adskiller sig fra karbidformen længere inde.
Overfladenær mikrostruktur og lokale breddemålinger
De to bredder er lokale målinger af området med afvigende struktur. De er ikke direkte målte opkulningsdybder.
Overfladenær mikrostruktur ved høj forstørrelse
Der ses tydelige lamel- og stribemønstre nær overfladen. Oprindelig forstørrelse og målestok er bevaret.
Indre mikrostruktur ved høj forstørrelse
Sammenlign karbidform og fordeling med figur3. Lys- og mørkekontrast erstatter ikke en kulstofanalyse.
Mikrohårdheden bidrager med yderligere dokumentation. Målerækkefølgen er i registreringen angivet som fra kanten indad:
Sammenligningspunkt og registreret resultat
Første overfladenære punkt: 260,5 HV0.1
De næste to punkter: 248,5 og 240,6 HV0.1
Gennemsnit i det markerede interval 0,5–1,4 mm: ca. 232,4 HV0.1
Forskel mellem første punkt og dette gennemsnit: ca. 28,1 HV0.1
Strukturforskellen og den højere hårdhed understøtter hinanden. Området er ikke blot mørkere på et foto; det viser en anden mikrostruktur og mekanisk respons end det indre.
Prøvningsdata
Originaldata fra 15 mikro-Vickers-målepunkter
Hårdhedskurve
Mikro-Vickers-hårdhedskurve
Prøvningen er udført ved HV0.1 med 15 punkter. Data og kurve viser variationen mellem punkterne og skal læses sammen med deres placering.
Tre: Første spor — hvorfor findes der lamelstruktur?
Kugleglødning skal både sænke hårdheden og give karbider en form og fordeling, der passer til efterfølgende koldformning.
To mulige forløb undersøges: Oprindelig perlit er ikke tilstrækkeligt sfæroidiseret, eller perlit er dannet igen under afkøling efter opvarmning.
Den primære varmebehandlingshypotese er et uhensigtsmæssigt samspil mellem temperatur, holdetid og afkøling, som har efterladt eller gendannet lamellar perlit.
Ved delvis austenitisering kan for høj temperatur eller uhensigtsmæssig holdetid ændre karbidernes opløsning. Hvis afkølingen derefter ikke fremmer kugleformede karbider, kan lamelstruktur dannes igen. Sfæroidisering omfatter både opløsning under opvarmning og udfældning under afkøling; én holdeparameter kan ikke vurderes isoleret.
Længere holdetid giver derfor ikke nødvendigvis lavere hårdhed, og udført kugleglødning beviser ikke i sig selv et tilstrækkeligt resultat. Mikrostrukturen skal undersøges.
Fire: Andet spor — har ovnatmosfæren forstærket overfladeafvigelsen?
Overfladeopkulning er en anden væsentlig proceshypotese i sagen.
En atmosfære med opkulende virkning i forhold til stålet kan berige overfladen med kulstof. Det kan ændre karbidmængde, opløsning og omdannelser og skabe forskelle mellem overflade og indre.
Dette kan virke sammen med afvigende kugleglødning: Lamelstrukturen kan være utilstrækkeligt nedbrudt eller dannet igen, mens kulstofberigelse yderligere påvirker lokal struktur og hårdhed.
De foreliggende struktur- og hårdhedsresultater understøtter forklaringen, men beviser ikke alene et forhøjet kulstofindhold. Ved samme kulstofindhold kan strukturform, korn og karbidfordeling også ændre egenskaberne.
Opkulning fra atmosfæren er derfor en væsentlig årsagshypotese, ikke en kvantitativt verificeret observation.
Fem: Hvorfor viser fejlen sig som netrevner i flangen?
Ved flangeformning strømmer materialet udad, og overfladearealet vokser. Det overfladenære lag skal deformeres sammen med det indre.
Lamelstruktur og lokalt højere hårdhed tyder på en anden deformationsrespons. Hvis den lokale kapacitet er utilstrækkelig under træk og forskydning, kan revner begynde her.
Når formningen fortsætter, kan flere svage områder revne. Revnerne kan brede sig i forskellige retninger og forbindes lokalt til et netmønster.
Forenklet sagt fortsætter det indre udad, mens overfladelaget ikke kan følge med og åbner flere steder.
Den foreslåede skadesrute er: Uhensigtsmæssig kugleglødning efterlader eller gendanner lamelstruktur; mulig atmosfæreopkulning forstærker strukturforskelle og hårdhedsvariation ved overfladen; ukoordineret lokal deformation under flangeudvidelsen medvirker til flere revnestarter.
Dette er en samlet mekanismevurdering ud fra den foreliggende dokumentation. Prøveskitsen angiver udtagning i skaftet. Tværsnittet dokumenterer derfor ikke direkte, at en flangerevne er set starte i det afvigende lag.
Seks: Kontrollér både varmebehandlingen og atmosfæren
Når to samvirkende faktorer foreslås, kan opfølgningen ikke begrænses til én hårdhedsværdi.
Først kontrolleres den faktiske opvarmning, holdetid og kølekurve for at undersøge, om perlitten ikke blev tilstrækkeligt sfæroidiseret eller blev gendannet under afkølingen.
Derefter sammenholdes atmosfæreregistreringer med kulstofprofil, mikrostruktur og hårdhed fra overflade til indre i oprindelig tråd fra samme batch for at efterprøve opkulningshypotesen.
Justeringer skal efterprøves med mikrostruktur og formningsresultater. Undersøg både samlet hårdhed, mængden af overfladenær lamelstruktur, ensartethed og koldstukningsresultater for tilsvarende produkter.
Der foreligger ingen genprøvning eller seriedata efter forbedringer. Forslagene beskrives derfor ikke som allerede dokumenterede løsninger.
Syv: Sagens konklusion
Den primære mekanismevurdering er, at overfladenær lamelstruktur og lokal hærdning har reduceret den koordinerede deformation og medvirket til netrevner under flangeudvidelsen.
Den foreslåede oprindelse er et samspil mellem uhensigtsmæssig kugleglødning og mulig opkulning fra ovnatmosfæren. Gendannet perlits og opkulnings konkrete dannelsesforløb kræver yderligere sammenhold med oprindelig tråd samt varmebehandlings- og atmosfæreregistreringer.
Sagen viser, at gennemsnitshårdhed ikke er tilstrækkelig. Overfladelagets struktur, forskellen til det indre og lagets evne til at følge produktets deformation skal også vurderes.
Creation Group forbinder revneobservationer, mikrostruktur og egenskabsdata i skadesanalysen for at formulere dokumenterbare hypoteser og målrette opfølgningen.
At se revnen er begyndelsen. Skadesanalysens værdi ligger i en underbygget forklaring af dens dannelse.
Creation Group · Koldstukning for ingeniører
Forstå materialets opførsel