Når det oppstår overflateriper på kaldstukede deler, kommer det ofte et ønske fra produksjonen: «Gjør fosfatbelegget litt tykkere på neste materialparti.»
Er denne vurderingen rimelig? Ja. Et utilstrekkelig belegg kan redusere motstanden mot overflateskader. Men hvis alle slike skader forklares med at belegget er for tynt, kan tiltakene føre i feil retning.
Det avgjørende er ikke hvor mye belegg materialet hadde da det forlot fabrikken, men hvor mye virksom beskyttelse som er igjen ved operasjonen der skadene lett oppstår.
I. Hvordan oppstår overflateripene?
Det som i produksjonen omtales som overflateriper, kan omfatte både adhesiv overflateskade og riper fra harde partikler. Årsaken kan ikke fastslås ut fra noen få spor alene.
Typisk adhesiv overflateskade oppstår når beskyttelseslaget mellom materialet og verktøyet svikter lokalt. Metallflatene kommer i direkte kontakt og hefter til hverandre under høyt trykk og relativ glidning. Materiale trekkes deretter med og rives løs, slik at det dannes grove skadespor.
Det første spørsmålet er derfor ikke hvor tykt belegget er, men hvorfor beskyttelsen sviktet først akkurat her. Smørelaget ved kaldsmiing må både redusere friksjonen, feste til materialet og tåle den videre deformasjonen. Forskning på smørelagets egenskaper ved kaldsmiing
II. Fosfatbelegget og smørelaget har forskjellige oppgaver
Her omtales det vanlige systemet med fosfatering og såpebehandling av ståltråd.
Fosfateringen danner et konversjonsbelegg som gir feste for den etterfølgende smøringen og bidrar til å skille materialet fra verktøyet. Metallsåpen som dannes ved såpebehandlingen, og såpelaget som fester til overflaten, bidrar til å redusere friksjonen. Lagene virker sammen, og det er ikke tilstrekkelig å kontrollere bare ett av dem.
Et tykt fosfatbelegg betyr ikke at såpebehandlingen er tilstrekkelig. Mye såpe på overflaten betyr heller ikke at den blir værende under deformasjonen. Den omtalte forskningen viser også at et for tykt såpelag kan hope seg opp på verktøyet og påvirke målnøyaktigheten. «Litt tykkere» er derfor ikke et tiltak som kan økes uten begrensning. Forskning på fosfat–såpesystemet
III. Hvorfor kan det oppstå overflateskader selv om beleggsmassen oppfyller kravene?
Det er viktig å skille mellom beleggsmassen per arealenhet, vanligvis angitt i g/m², og beleggets geometriske tykkelse, vanligvis angitt i μm. De henger sammen, men er forskjellige størrelser.
Én måling av beleggsmassen kan ikke samtidig besvare disse tre spørsmålene:
Fosfateringskvaliteten må derfor vurderes ut fra dekning, krystallmorfologi og vedheft, i tillegg til beleggsmassen. Forskning på vurdering av fosfatbelegg ved kaldforming
- Er dekningen jevn? Tilstrekkelig gjennomsnittlig beleggmasse betyr ikke at alle områder er fullstendig dekket.
- Er vedheften god? At et belegg finnes, betyr ikke at det tåler etterfølgende deformasjon uten å løsne.
- Virker smørelaget som det skal? Et fosfatbelegg som oppfyller kravene, betyr ikke at såpelagets tilstand og smøringen også er egnet.
IV. Forskjellen mellom tilstanden ved kontroll og tilstanden ved bruk blir lett oversett
Hvis ståltråden trekkes etter fosfatering og såpebehandling, kan beleggsmassen målt rett etter behandlingen ikke uten videre beskrive overflatetilstanden når tråden mates inn i kaldstukingsmaskinen.
Ved kaldstuking i flere stasjoner skjer heller ikke hele deformasjonen i én operasjon. Tidligere operasjoner har allerede økt overflatearealet og belastet belegget, før materialet utsettes for videre pressing og glidning. At det ikke oppsto overflateskader tidligere, betyr ikke at beskyttelsen er tilstrekkelig i de neste operasjonene.
Derfor kan samme overflatebehandling fungere for én del, men være utilstrekkelig for en annen med større overflateutvidelse og lengre glidningsvei. Forskning på smøring ved kaldsmiing i flere stasjoner undersøker nettopp sammenhengen mellom overflateutvidelsen tidlig i prosessen og motstanden mot overflateskader senere. Vurdering av smøring ved kaldsmiing i flere stasjoner
V. Kan et tykkere belegg hjelpe?
Ja, hvis problemet faktisk skyldes at det virksomme belegget er utilstrekkelig. At tykkelsen ikke bør være det eneste vurderingsgrunnlaget, betyr ikke at den er uviktig.
Et forsøk utført av Nippon Steel viste at et tykkere gjenværende fosfat–såpebelegg ga bedre motstand mot adhesjon under de undersøkte betingelsene. Friksjonskoeffisienten falt imidlertid ikke vesentlig med økende tykkelse. Kontakttemperaturen og verktøyets overflateruhet hadde også betydelig innvirkning.
Bedre motstand mot adhesiv overflateskade er altså ikke det samme som lavere friksjon, og tykkelsen er ikke den eneste avgjørende faktoren. Forsøksresultatene kan ikke omregnes direkte til et universelt krav til beleggmasse for alle ståltråder og deler. Nippon Steel Technical Report nr. 122 (2019), avsnitt 4
VI. Hva bør materialleverandøren undersøke når overflateskader oppstår?
Undersøkelsen bør rette seg mot tre konkrete ledd, i stedet for at fosfateringstiden straks forlenges:
Kontrollpunkt Hva må avklares?
Tråden som mates inn i maskinen Er fosfatbeleggsmassen, såpelagets tilstand, dekningen eller vedheften unormal i den faktiske brukstilstanden?
Prøver fra hver stasjon I hvilken operasjon oppstår skaden først, og hvilken deformasjon har dette området gjennomgått tidligere?
Partier uten og med avvik Hvilke forskjeller i overflatetilstanden kan påvises gjentatte ganger under sammenlignbare bearbeidingsforhold?
Ved lokal manglende dekning bør dekningen forbedres først. Hvis belegget løsner lett, bør forbehandlingen og beleggdannelsen undersøkes. Er såpelagets tilstand unormal, bør den aktuelle behandlingen justeres. Først når dokumentasjonen peker mot utilstrekkelig beleggmasse, bør økt beleggmasse være hovedtiltaket som prøves ut.
Verifikasjonen bør heller ikke begrenses til at noen få prøvedeler ser bedre ut. Under sammenlignbare betingelser bør man registrere når overflateskadene oppstår under kontinuerlig produksjon, andelen deler med avvik og materialavsetninger på verktøyet, for å kontrollere at forbedringen varer.
Avslutning
Et for tynt fosfatbelegg er én mulig årsak til overflateskader ved kaldstuking, men skadene alene er ikke nok til å trekke denne konklusjonen.
Som materialleverandør må vi levere mer enn en beleggmasse som oppfyller kravene: Overflatebehandlingen må være tilpasset kundens formingskrav og fungere stabilt.
Øk beleggsmassen når det er nødvendig, og løs problemer med dekning, vedheft eller smøring når dokumentasjonen peker dit. Belegget må være riktig, ikke bare tykt.