Marek Burdek

Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Metalurgii Żelaza im. Stanisława Staszica

TOPOGRAFIA POWIERZCHNI CIENKICH BLACH STALOWYCH – KSZTAŁTOWANIE, WYZNACZANIE, ODDZIAŁYWANIE

Monografia nr 15, 2020

W monografii zamieszczono wyniki badań dotyczące kształtowania topografii powierzchni blach podczas przemysłowego procesu wygładzania z zastosowaniem walców specjalnie do tego celu przygotowanych oraz w warunkach modelowania fizycznego procesu walcowania blach. Treść monografii obejmuje 10 różnych tematycznie rozdziałów, które wzajemnie się uzupełniają. W rozdziale 1 przedstawiono wprowadzenie do zagadnienia wzajemnego oddziaływania topografii powierzchni blach stalowych i ich podatności do tłoczenia oraz podano, co było impulsem do podjęcia badań przez autora. Rozdział 2 zawiera definicję topografii powierzchni oraz omówienie sposobów jej wyznaczania. W rozdziale 3 zamieszczono studium literaturowe przedstawiające zagadnienia związane z jednej strony z kształtowaniem topografii powierzchni na blachach stalowych, a drugiej strony – ze zmianami topografii podczas tłoczenia blach. W rozdziale 4 omówiono czynniki wpływające na tłoczność blach, takie jak właściwości mechaniczne, skład chemiczny, mikrostruktura i tekstura oraz krótko opisano klasyczne metody wyznaczania tłoczności i głębokotłoczności blach. W rozdziale 5 przedstawiono cel, zakres i tezę pracy. Rozdziały 6-10 przedstawiają wyniki badań własnych autora dotyczące wytworzenia topografii powierzchni i jej oceny, wyznaczenia tłoczności taśm oraz wpływu topografii powierzchni na właściwości użytkowe taśm. W rozdziale 6 zaprezentowano koncepcję badań, polegającą na wytworzeniu na blachach zróżnicowanej topografii powierzchni metodami walcowania przemysłowego i modelowania fizycznego procesu walcowania z zastosowaniem obróbki strumieniowo-ściernej. Omówiono kryteria doboru materiału do badań oraz doboru ścierniwa do obróbki powierzchniowej. Rozdział 7 podejmuje tematykę eksperymentalnego wyznaczania topografii powierzchni blach oraz ilościowego i jakościowego opisu topografii. Przedmiotem analizy były blachy tłoczne i głębokotłoczne (DC01-05, X6Cr17) z kilkoma rodzajami topografii powierzchni (po przemysłowym wygładzaniu, po obróbce piaskiem kwarcowym, kuleczkami szklanymi oraz oddziaływaniem za pomocą elektrokorundu). Wyznaczono również topografie powierzchni taśm z powłokami cynkowymi i organicznymi. Rozdział 8 przedstawia wyniki tłoczności taśm wyznaczonych metodami Erichsena i Swifta. Celem tych prób było określenie tłoczności taśm w warunkach możliwie najbardziej zbliżonych do rzeczywistych operacji tłoczenia. Podjęto próbę analizy wpływu topografii powierzchni blach na ich podatność do tłoczenia, wykorzystując w tym celu także metody statystyczne do określenia, które z parametrów chropowatości 3D wykazują skorelowane zależności z właściwościami technologicznymi taśm wyznaczonymi w próbach tłoczenia. Rozdział 9 zawiera omówienie wpływu topografii powierzchni taśm wytworzonych w warunkach symulowanego walcowania na jakość powłok cynkowych i organicznych nałożonych na te powierzchnie. W wyniku wszechstronnych analiz w rozdziale 10 zaproponowano model wpływu parametrów chropowatości powierzchni na podatność blach do tłoczenia, który uwzględnia więcej niż jeden parametr chropowatości oraz odnosi się do topografii powierzchni wyznaczonej w pomiarach chropowatości 3D. Podstawowe wnioski wynikające z monografii można podsumować następująco:

1. Zastosowanie obróbki strumieniowo-ściernej do modelowania fizycznego procesu walcowania blach spełniło zakładane wymagania. W rezultacie uzyskano taśmy ze zróżnicowanymi topografiami powierzchni, które są wynikiem działania zastosowanego ścierniwa o określonych parametrach geometrycznych i fizycznych.
2. Stwierdzono, że najbardziej korzystną do tłoczenia jest topografia powierzchni, w której występuje przewaga dolin nad szczytami oraz wysoki stopień rozwinięcia powierzchni o dużej gęstości niezbyt ostrych pików.
3. Topografia powierzchni wywiera istotny wpływ na tłoczność mierzoną metodą Erichsena w stalach o niższej tłoczności (DC01) w przeciwieństwie do stali o wysokiej i bardzo wysokiej tłoczności (DC03-DC05), dla których ma marginalne znaczenie.
4. W przypadku stali o granicznym współczynniku ciągnienia (K < 2,0) zastosowanie zróżnicowanej topografii powierzchni spowodowało poprawę głębokotłoczności, szczególnie w taśmie ze stali X6Cr17. Wskazaną topografię wyróżnia ujemny współczynnik asymetrii powierzchni, większa gęstość pików, głębsze doliny, większy stopień rozwinięcia powierzchni niż w topografii bez obróbki powierzchniowej.
5. Badania topografii powierzchni blach ocynkowanych zanurzeniowo wykazały, że odpowiednio ukształtowana topografia powierzchni przed procesem powlekania może wpłynąć zarówno na grubość jak i jakość powłok cynkowych. Stwierdzono, że grubość warstwy cynku koreluje bezpośrednio z wysokością pików Sp i maksymalną wysokością profilu 3D (Sz) przed cynkowaniem, przyjmując wartości min. 3-krotnie wyższe niż parametr Sz.
6. Na podstawie obliczeń statystycznych i analizy topografii powierzchni i tłoczności blach zaproponowano model w postaci wzoru empirycznego. Jako wielkość bezwymiarowa ujmuje on wpływ podstawowych parametrów chropowatości 3D opisujących charakter topografii powierzchni blach na graniczny współczynnik ciągnienia blach.