Treten an Kopf, Flanschrand oder Übergangsradius eines kaltgestauchten Teils Risse auf, werden häufig zuerst Werkstoff oder Stauchwerkzeug geprüft.
Die Stelle, an der ein Fehler am Fertigteil sichtbar wird, ist häufig seine endgültige Austrittsstelle und nicht sein ursprünglicher Entstehungsort.
Einige Fehler entstehen beim Stranggießen oder Walzen, andere bei Transport und Handhabung; weitere werden beim Beizen, Ziehen, Führen, Zuführen oder Abscheren eingebracht.
Oberflächenfehler können aus vorgelagerten Schritten übernommen oder in Zwischenschritten eingebracht werden. Kaltstauchen verändert ihre Form, stellt aber bereits geschädigte Werkstoffkontinuität nicht wieder her.
Fehlerweg: Stranggießknüppel → gewalzter Walzdraht → Transport und Handhabung → Beizen und Drahtverarbeitung → Ziehen und Drahtführung → Kaltstauchen
1. Stranggießen: Fehler können unter der Knüppeloberfläche beginnen
Der Knüppel ist das Ausgangsmaterial für Walzdraht. Auffällige Oszillationsmarken, oberflächennahe Gasblasen, Schlackeneinschlüsse, Schalen und Vertiefungen können spätere Oberflächenfehler verursachen.
Abbildung 1. Auffällige Oszillationsmarken am Stranggießknüppel. Normale flache Marken sind nicht grundsätzlich Fehler. Das Risiko steigt bei ungewöhnlicher Tiefe oder begleitenden Rissen beziehungsweise Schlackeneinschlüssen am Markengrund.
Abbildung 2. Durch Schleifen freigelegte oberflächennahe Gasblasen. Beim Walzen können Poren geschlossen oder in Walzrichtung gestreckt werden. Die Oxidation ihrer Innenflächen beeinflusst, ob beim anschließenden Walzen eine tragfähige Druckverschweißung entstehen kann.
Abbildung 3. Schlackeneinschlüsse an oder nahe der Knüppeloberfläche. Schlacke verformt sich nicht gemeinsam mit der Stahlmatrix; Walzen kann sie zerbrechen und strecken, wodurch Schalen, Überlappungen oder linienförmige Fehler entstehen.
Abbildung 4. Schalen am Stahlknüppel. Schuppenförmig anhaftendes Oberflächenmetall kann flachgedrückt und in die Matrix eingewalzt werden. Eine glatte Oberfläche belegt nicht, dass die innere Grenzfläche verbunden ist.
Abbildung 5. Vertiefungen am Stahlknüppel. „Vertiefung“ beschreibt die beobachtete Form. Zur Ursachenermittlung sind zusätzlich Oxide am Grund, umgelegte Ränder und benachbarte Risse zu untersuchen.
Walzen kann Knüppeloberflächenfehler schließen, strecken oder umlenken. Ein glatteres Erscheinungsbild belegt nicht, dass die ursprüngliche Werkstoffunterbrechung verschwunden ist.
2. Walzen: Fehler können sich strecken, und neue Fehler können entstehen
Knüppelrisse können zu Längsrissen im Walzdraht werden. Schalen und Schlackeneinschlüsse können abgeflacht und gestreckt werden; oberflächennahe Gasblasen können unterbrochene linienförmige Anzeigen erzeugen.
Auch das Walzen selbst kann Fehler einbringen. Auffällige Kaliberfüllung, Führungsausrichtung oder Walzspaltbedingungen können Grate erzeugen. Wird ein Grat im nächsten Stich auf die Oberfläche zurückgefaltet, kann eine Überlappung entstehen. Eingewalzter Zunder oder Fremdstoff kann ebenfalls örtliche Unterbrechungen erzeugen.
Abbildung 6. Querschliff einer Überlappung. Oberflächenmetall wurde zungenförmig nach innen gefaltet, ohne tragfähige Verbindung an der Grenzfläche. Ein vorübergehender Oberflächenverschluss bedeutet nicht, dass der innere Fehler beseitigt ist.
Abbildung 7. Schalen am Walzdraht. Gegenüber gewöhnlichen Kratzern zeigen Schalen häufig schuppenförmiges Metall, örtlich angehobene Ränder oder Ablösespuren.
Abbildung 8. Querschliff durch einen Walzdrahtoberflächenriss. Der Riss reicht von der Oberfläche in die Matrix. Weitere Untersuchungen müssen klären, ob Oxidation, Entkohlung oder ein auffälliges Gefüge vorliegt.
Überlappungen und Risse können ähnlich aussehen, entstehen jedoch unterschiedlich. Eine Überlappung entsteht durch Falten ohne tragfähige Verbindung; ein Riss trennt die Kontinuität der Matrix. Die Ursachen sind deshalb getrennt zu untersuchen.
3. Transport und Handhabung: Stoßschäden und Kratzer können Risse auslösen
Stöße, Ziehen über Flächen und Reiben beim Heben, Ablegen, Stapeln oder Transport können Kratzer, Eindrückungen und aufgeworfene Metallränder erzeugen. Solche Schäden sind meist örtlich und unregelmäßig, häufig an äußeren Ringwindungen oder Hebekontaktstellen konzentriert.
Abbildung 9. Transport- oder Handhabungskratzer und Stoßschäden. Richtung und Lage sind meist unregelmäßig, anders als bei durchgehenden Längsriefen eines Ziehsteins.
Bei mäßig verformten Teilen muss eine kleine Beschädigung nicht sofort Probleme verursachen. Bei starker Verformung, komplexen Köpfen oder dünnen Flanschen kann sie jedoch Dehnung konzentrieren und sich beim Kaltstauchen weiter öffnen.
4. Beizen: Vorhandene Fehler können sichtbar werden, neue Schäden können entstehen
Zunderentfernung beim Beizen kann zuvor verdeckte Risse, Überlappungen, Schalen und Vertiefungen freilegen. Ein nach dem Beizen gefundener Fehler belegt nicht, dass das Beizen ihn verursacht hat.
Unvollständiges Entzundern kann eine gleichmäßige Phosphatschicht verhindern. Restoxide können anschließend beim Ziehen zerbrechen, sich ablösen oder in die Drahtoberfläche eingedrückt werden.
Abbildung 10. Restzunder nach dem Beizen. Dunkle Längsbänder sind außerdem von Oxiden innerhalb einer Überlappung oder eines Risses zu unterscheiden. Die Farbe allein belegt keine Ursache.
Unzureichend kontrolliertes Beizen kann auch Grübchen und Oberflächenrauheit erzeugen. Proben vor und nach dem Beizen aufbewahren, um freigelegte Altfehler von neu eingebrachten Schäden zu unterscheiden.
5. Ziehen und Weiterverarbeitung: Neue Längsriefen werden leicht unterschätzt
Weiterverarbeitung ändert nicht nur die Abmessungen, sondern kann die Drahtoberfläche unmittelbar beschädigen.
Verschlissene Ziehsteine, Zunder oder Metallpartikel im Ziehstein, vorübergehendes Schmierfilmversagen, Grate und auffällige Kontakte an Führungsrollen oder anderen Drahtkontaktstellen können durchgehende oder unterbrochene Längsriefen erzeugen.
Abbildung 11. Örtliche Ziehriefen. Die Schäden verlaufen längs des Drahts und können Furchen, aufgeworfenes Metall oder örtliches Aufreißen umfassen.
Bei kurzen unterbrochenen Marken harte Partikel, vorübergehende Metallanhaftungen und örtliche Kontakte prüfen. Lange durchgehende Marken an relativ fester Umfangslage erfordern eine genaue Prüfung von Ziehstein, Führungsrollen und Drahtweg.
Längsmarken entstehen nicht zwingend beim Ziehen. Walzrisse, Überlappungen und Restzunder können nach dem Ziehen ähnlich erscheinen. Zu bestimmen ist, ob der Fehler bereits vorher vorhanden war oder erstmals nach einem bestimmten Ziehstein oder Drahtkontakt auftrat.
Dieses Kapitel behandelt ziehbedingte Oberflächenschäden. Kapitel 6 erläutert getrennt, wie Querschnittsabnahme, Ziehstufen und Kaltverfestigung das Kaltstauchverhalten beeinflussen.
6. Vor dem Stauchen: Die letzten Möglichkeiten für neue Schäden werden oft übersehen
Auch nach dem Eintritt in die Stauchmaschine und vor dem Umformen können neue Oberflächenschäden entstehen. Führungsrollen, Richtwerke und Vorschübe können Riefen erzeugen. Verschlissene, ausgebrochene oder gratige Abschermesser und Abschermatrizen können Stirn- oder Seitenflächen des Rohlings beschädigen.
Kehren Fehler an fester Orientierung und Position wieder oder ändern sie sich nach dem Austausch einer Führungsrolle oder eines Abschermessers deutlich, reicht eine Untersuchung nur von Werkstoffzeugnis und ursprünglichem Walzdraht nicht aus.
7. Warum bleiben Fehler bis zum Fertigteil bestehen?
Ziehen verlängert den Werkstoff; Kaltstauchen bewirkt axiale Stauchung und radiales Fließen. Vorhandene Fehler können sich strecken, verengen oder vorübergehend schließen. Der Werkstofffluss kann sie zudem in Kopf, Flansch oder Übergangsradius tragen, wo sie sich im stark verformten Bereich erneut öffnen.
Abbildung 12. Riss am Flanschrand eines kaltgestauchten Teils. Das Foto zeigt die endgültige Austrittsstelle. Das Erscheinungsbild allein belegt nicht den Werkstoff als ursprüngliche Ursache.
Ein Längsfehler im Draht muss im Fertigteil nicht gerade bleiben. Er kann als Kopfrandriss, Flanschüberlappung, Übergangsriss oder örtliche Vertiefung erscheinen. Die Lage hängt von Bauteilgeometrie, Abscherausrichtung und Werkstofffließweg ab.
Ein Fehler wird nicht einfach in das Fertigteil kopiert. Er kann bestehen bleiben und bei jedem Bearbeitungsschritt seine Form verändern.
8. Die Stufe des ersten Auftretens bestimmen
Die Untersuchung allein des gerissenen Fertigteils reicht meist nicht aus, um den Entstehungsschritt zu bestimmen. Eine Probenkette aus Knüppel, Walzdraht, gebeiztem Material, gezogenem Zwischendraht, Stauchrohling und Fertigteil aufbauen, um das erste Auftreten festzustellen.
Ist die Anzeige auf eine Ringlänge begrenzt oder durchgehend? Sind Richtung und Umfangslage fest? Ändert sie sich nach dem Austausch eines Werkzeugs, einer Führungsrolle oder eines Abschermessers? Gibt es im Riss Oxidation, Entkohlung oder auffällige Faserverläufe? Diese Beobachtungen helfen bei der Untersuchung, müssen aber gemeinsam mit Prozessaufzeichnungen bewertet werden.
Technische Perspektive
Oberflächenfehler können beim Gießen, Walzen, Transport, Beizen oder Ziehen entstehen. Auch Drahtführung, Vorschub oder Abscheren in der Stauchmaschine können sie einbringen.
Die Rissstelle am Fertigteil bestimmt nicht den Entstehungsort des Fehlers.
Der Fertigteilfehler ist ein Ergebnis. Die erste Prozessstufe zu finden, in der der Fehler auftritt, führt näher an seinen Ursprung.
Zweck der Fehlerrückverfolgung ist eine vollständige Prozessnachweiskette vor der Verantwortungszuordnung.
Bei Walzdrahtschalen, Längsriefen, Überlappungen oder zeitweiligen Kaltstauchrissen Güte, Abmessungen, Fotos, betroffene Umformstufe und Fehlerverteilung bereitstellen. Wir helfen einzugrenzen, ob zuerst Stahlerzeugung und Walzen, Transportschutz, Beizen und Ziehen oder die Stauchanlage zu untersuchen sind.
Nächstes Kapitel
Kapitel 6: Warum verändert Ziehen das Kaltstauchverhalten desselben Werkstoffs?
Das nächste Kapitel untersucht, wie Querschnittsabnahme, Ziehstufen und Kaltverfestigung den tatsächlichen Zustand des in die Stauchmaschine einlaufenden Materials verändern.