Sfæroidiserende gløding skal forbedre kaldformbarheten til mellomkarbonstål og legerte stål.
Ved vurdering i produksjonen brukes likevel ofte sfæroidiseringsgraden som eneste kriterium. Når denne og hardheten oppfyller kravene, antar man at materialet er godt egnet til kaldstuking.
Praktisk produksjon viser at dette ikke alltid stemmer.
Materialer med samme betegnelse, omtrent samme hardhet og samme sfæroidiseringsgrad kan oppføre seg ulikt. Noen er lette å stuke og forme; andre krever større maskinkraft, fyller komplekse områder dårligere og gir større variasjon i belastning og dimensjoner under kontinuerlig produksjon.
Det avgjørende er:
Lik sfæroidiseringsgrad betyr ikke lik mikrostruktur eller lik oppførsel ved kaldstuking.
I. Sfæroidiseringsgraden er bare én del av vurderingen av mikrostrukturen
Sfæroidiserende gløding skal omdanne ugunstige karbidformer, som lameller og kjeder. Gjennom oppdeling, oppløsning, ny utfelling og sammensmelting av partikler dannes gradvis granulære eller tilnærmet kuleformede karbider fordelt i ferrittmatriksen.
Det som særlig endres, er karbidenes form, størrelse og fordeling.
En sfæroidisert mikrostruktur må derfor vurderes ut fra mer enn én prosentandel. Minst tre forhold må undersøkes:
- Form: Er karbidene avrundede, eller finnes det rester av lameller, kjeder eller nettverk?
- Størrelse: Er partiklene for fine og tettliggende, eller finnes det lokalt grove karbider?
- Fordeling: Er karbidene jevnt fordelt, og er strukturen lik ved overflaten, midt mellom overflaten og sentrum og i kjernen?
Vær særlig oppmerksom på følgende:
Finere karbider er ikke alltid bedre, og grovere karbider er ikke alltid dårligere.
Svært fine og tettliggende partikler kan øke deformasjonsmotstanden. Lokalt grove partikler eller partikkelklynger kan gi ujevn deformasjon.
Oppførselen ved kaldstuking påvirkes av kombinasjonen av karbidstørrelse, partikkelavstand og fordeling.
II. Ferrittmatriksen kan variere selv ved lik sfæroidiseringsgrad
En sfæroidisert mikrostruktur består ikke bare av karbider.
Karbidene påvirker deformasjonen ved kaldstuking, mens ferrittmatriksen står for hoveddelen av den plastiske materialflyten.
Ferrittkornstørrelse, tilstrekkelig mykgjøring, gjenværende deformasjonsherding og strukturens jevnhet påvirker hvor godt materialet lar seg kaldstuke.
Selv ved bruk av lignende sfæroidiserende glødeprosesser kan ulik utgangsstruktur etter varmvalsing gi forskjellig sfæroidisering og ulik grad av mykgjøring av ferrittmatriksen.
To metallografiske bilder kan derfor se like ut selv om materialenes faktiske flyteevne i verktøyet er forskjellig.
III. Ett synsfelt representerer ikke hele tverrsnittet
Et metallografisk bilde fra bare ett sted og ett synsfelt kan overse lokale partikkelklynger, båndstruktur eller rester av lameller.
Et godkjent målepunkt viser ikke at hele tverrsnittet er ensartet. Et godkjent tverrsnitt viser heller ikke at hele kveilen er uten variasjoner.
En grundigere vurdering må ta hensyn til:
- Forskjeller i mikrostruktur ved overflaten, midt mellom overflaten og sentrum og i kjernen;
- Om ulike avsnitt av kveilen er ensartede;
- Om det finnes en sammenheng mellom normale og avvikende avsnitt.
Derfor kan problemer med kaldstuking oppstå selv om materialsertifikatet og ett metallografisk bilde oppfyller kravene.
IV. Hvorfor er noen materialer lettere å stuke enn andre ved omtrent samme hardhet?
Hardhet er viktig, men målingene gjelder bare et begrenset antall steder.
Kaldstuking innebærer sammenhengende, stor plastisk deformasjon. Materialet må både begynne å flyte og tåle videre deformasjon og deformasjonsherding i de neste formingstrinnene.
To materialpartier med liknende hardhet kan oppføre seg omtrent likt i første stasjon. Ved større deformasjon eller mer kompleks forming kan belastning, utfylling og verktøyets temperaturstigning etter hvert bli forskjellige.
Høy maskinbelastning er likevel ikke tilstrekkelig til å fastslå at materialet er årsaken.
Verktøytilstand, smøretilførsel, maskinstivhet, koaksialitet og temperatur under kontinuerlig produksjon påvirker også belastningen.
V. Mikrostrukturen må vurderes opp mot forholdene i produksjonen
Om en sfæroidisert mikrostruktur egner seg til den aktuelle kaldstukingen, kan ikke avgjøres ut fra sfæroidiseringsgrad, hardhet eller ett metallografisk bilde alene.
En mer effektiv vurdering kombinerer:
- Mikrostruktur og hardhetsfordeling;
- Forskjeller mellom normale og avvikende avsnitt;
- Endringer i belastningen på kaldstukingsmaskinen;
- Produktets utfylling og dimensjoner samt verktøyets temperaturstigning;
- Stasjon, tidspunkt og kveilavsnitt der avviket oppstår.
Om mikrostrukturen er egnet, må til slutt bekreftes gjennom materialets faktiske flyt i verktøyet.
Ingeniørens vurdering
Sfæroidiseringsgraden er et viktig mål på mikrostrukturen, men avgjør ikke alene egnetheten for kaldstuking.
Egnetheten bestemmes av karbidenes form, størrelse og fordeling, ferrittmatriksens tilstand, jevnheten i tverrsnittet og gjennom kveilen og samspillet mellom materialet og den aktuelle prosessen.
Hovedpoenget i kapittel fire er:
Sfæroidiseringsgraden beskriver bare en del av mikrostrukturen. Egnetheten for kaldstuking avhenger av den samlede mikrostrukturens faktiske deformasjonsevne.
Når sfæroidiseringsgrad og hardhet oppfyller kravene, men materialet likevel er vanskelig å kaldstuke, gir gjentatte kontroller på samme sted vanligvis lite ny informasjon. Undersøk sammenhengen mellom strukturvariasjoner, materialavsnitt og avvik i produksjonen.